Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Экологические особенности формирования фитопатогенных микромицетов на растениях семейства бобовые (FABACEAE LINDL.) 10
1.1. Анализ основных этапов исследования фитопатогенных микромицетов в области почвенной микологии 10
1.2. Значение растений семейства Бобовые (Fabaceae Lindl.) для развития растениеводческой и кормопроизводственной отрасли 16
1.3. Распространение бобовых в естественных фитоценозах юга Среднерусской возвышенности 26
1.4. Разнообразие фитопатогенных и токсигенных микромицетов в ризосфере и филлоплане растений 28
ГЛАВА II. Условия и методы проведения исследований 34
2.1. Характеристика погодных условий места проведения опытов 34
2.2. Материалы и методы исследований
2.2.1. Полевые исследования 47
2.2.2. Лабораторные исследования 49
ГЛАВА III. Экологическая оценка комплексов микромицетов ризосферы бобовых растений вэкосистемах природных и с разной антропогенной нагрузкой 55
3.1. Закономерности распределения комплексов микромицетов в ризосфере многолетних бобовых травянистых ценопопуляций в естественных условиях 56
3.2. Формирование структуры микокомплексов в ризосфере бобовых культурных растений в условиях агроценозов 71
3.3. Сравнительный анализ ризосферных комплексов микромицетов многолетних бобовых в естественных условиях и агроценозах 99
3.4. Распределение комплексов микромицетов в ризосфере бобовых ценопопуляций в биотопах с разной техногенной нагрузкой 105
ГЛАВА IV. Особенности структуры комплексов микромицетов бобовых растений 115
4.1. Оценка биоразнообразия комплексов микромицетов филлопланы бобовых культур в агроценозах 115
4.2. Экологические последствия доминирования фитопатогенных микромицетов ризосферы и филлопланы бобовых растений 126
4.3. Биоразнообразие возбудителей болезней бобовых культур в агроценозах 135
4.4. Анализ комплексов микромицетов филлопланы бобовых ценопопуляций в биотопах с разной техногенной нагрузкой 142
ГЛАВА V. Экологические свойства микромицетов в условиях агроценозов 150
5.1. Биоиндикационные свойства микромицетов ризосферной зоны в агроценозах бобовых культур 150
5.2. Патогенность выделенных микромицетов в ризосфере и филлоплане бобовых растений 155
5.3. Выявление устойчивости бобовых культур к искусственному заражению выделенными микромицетами 163
Выводы 169
Практические рекомендации 171
Список использованной литературы 172
- Значение растений семейства Бобовые (Fabaceae Lindl.) для развития растениеводческой и кормопроизводственной отрасли
- Материалы и методы исследований
- Формирование структуры микокомплексов в ризосфере бобовых культурных растений в условиях агроценозов
- Экологические последствия доминирования фитопатогенных микромицетов ризосферы и филлопланы бобовых растений
Введение к работе
Актуальность темы. Микроскопические грибы – микромицеты – в
наземных экосистемах находятся в тесной взаимосвязи и взаимодействии с
другими организмами (Марфенина и др., 2002). Изучение закономерностей и
взаимоотношений, существующих в искусственных и естественных
экосистемах, в частности, в системе «почва-микофлора-фитофлора» является важной проблемой экологии. В этом аспекте, влияние микромицетов на другие микроорганизмы почвы хорошо изучены (Терехова, Семенова, 2005; Сенчакова, 2009; Сенчакова, Свистова, 2009; Богомолова, Кирцидели, Коваленко, 2010; Щербакова, 2013), а о влиянии бобовых растений, особенно ценных в хозяйственном отношении, на сообщество грибов почвы в литературе сведений недостаточно (Билай и др., 1984; Гажеева, Гордеева, Масленникова, 2011; Свистова, Парамонов, 2011; Парамонов, 2013).
Фитопатогенные микромицеты, которых известно около 25 тыс. видов, не только снижают урожай возделываемых культур (Терехова, 2007; Ганнибал, 2007, 2008, 2011, 2014; Ганнибал, Орина, Левитин, 2010; Гагкаева, Ганнибал, Гаврилова, 2012), но и могут значительно ухудшить его качество (Гагкаева, Гаврилова, 2009, 2010, 2014; Злотников, Рябчинская, 2013; Чекмарев, 2013; Шипилова, Гаврилова, Гагкаева, 2014). Многие виды фитопатогенных микромицетов являются токсигенными, оппортунистическими и аллергенными, то есть могут представлять серьезную угрозу для людей с пониженным иммунным статусом (Богомолова, Васильева, Горшакова, 1999; Саттон, Фотергилл, Ринальди, 2001; Марфенина, 2002; Киреева, Бакаева, Галимзянова, 2005; Васильев, 2007; Данилова, Левитин, Мироненко, 2008; Желтикова, 2009; Левитин, 2009; Ганнибал и др., 2010; Гагкаева и др., 2011; Доршакова и др., 2012; Свистова, Корецкая, 2014).
Чтобы успешно возделывать бобовые культуры, нужно учитывать ряд факторов, в том числе и биологических, среди которых особое место занимают микроскопические грибы, способные вызывать по данным Д.Ю. Шляужене (1983) до 90% всех болезней растений.
Известно, что процесс прижизненной корневой экссудации растениями, в частности бобовыми, способствует изменению численности и состава почвенных микромицетов, биологической активности почвы и накоплению токсигенных видов грибов (Красильников, 1958; Свистова, Парамонов, 2011; Парамонов, 2013). Но сведения по этому вопросу крайне малочисленны, а иногда противоречивы (Егорова, 1971; Шляужене, 1983; Киреева, Бакаева, Галимзянова, 2005; Шурхно и др., 2007; Куркина, 2008).
Таким образом, изучение экологических особенностей отдельных компонентов биоценозов с бобовыми является важной, но еще недостаточно изученной проблемой.
Целью данной работы является выявление экологических особенностей комплексов микромицетов ризосферы и филлопланы травянистых растений семейства Бобовые (Fabaceae Lindl.) в разных экосистемах юга Среднерусской возвышенности.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
-
Выявить закономерности распределения комплексов микромицетов ризосферы дикорастущих и культурных бобовых растений и присутствие в них опасных для растений и человека видов в естественных условиях и агроценозах;
-
Установить экологические особенности формирования комплексов микромицетов в биотопах с разной техногенной нагрузкой;
-
Оценить особенности структуры комплексов микромицетов в филлосфере бобовых культур в агроценозах;
-
Определить экологические свойства микромицетов ризосферы и филлопланы бобовых культур в условиях агроценозов.
Научная новизна. Впервые дана подробная характеристика
экологических особенностей комплексов микромицетов ризосферы различных
травянистых дикорастущих и культурных бобовых растений и выявлено их
разнообразие. Впервые определено содержание токсигенных,
оппортунистических, аллергенных для человека видов грибов в микокомплексе
ризосферы и филлопланы изученных бобовых растений. Установлено
изменение видового состава, повышение численности и снижение
биоразнообразия ризосферных комплексов микромицетов под бобовыми культурами за счет элиминации случайных видов и усиления доминирования отдельных грибов в агроценозах. Также определены среди почвенных микромицетов чувствительные, устойчивые и индикаторные виды к прижизненным корневым экссудатам при выращивании бобовых культур. Впервые выявлено снижение под бобовыми растениями частоты встречаемости фитопатогенных видов рода Fusarium (F. oxysporum, F. proliferatum, F. solani), а также повышение частоты встречаемости фитопатогенного вида Aspergillus niger и грибов-антагонистов рода Trichoderma в агроценозах. Впервые определены распространенность и развитие микозов бобовых культур и их возбудителей на естественном инфекционном фоне в почвенно-климатических условиях юга Среднерусской возвышенности.
Практическая значимость работы. Знание структуры комплексов микромицетов под разными бобовыми культурами дает возможность получить информацию об изменении видового состава микромицетов, накоплении фитопатогенных, антагонистических и опасных для человека микроорганизмов. Благодаря этому становится возможным оценить степень микробиологического нарушения микофлоры из-за специфики агротехники и принять меры по созданию оптимального баланса микофлоры. Полученные данные об экологических особенностях комплексов микромицетов ризосферы и филлопланы изученных бобовых культур могут быть использованы для корректировки технологий их выращивания. Поскольку после культивирования бобовых в почве остаются фитопатогенные виды (Alternaria alternata, Fusarium chlamydosporium, F. gibbosum и Ulocladium botrytis), которые могут наносить вред другим сельскохозяйственным растениям, необходимо выбирать наименее чувствительные к данной микофлоре следующие за бобовыми культуры в структуре севооборота.
По материалам диссертации издан учебный справочник «Определитель фитопатогенных грибов» (2015 г.) (в соавторстве).
Для учебных целей созданы коллекции штаммов микромицетов. Некоторые материалы диссертации были включены в УМКД по дисциплине «Физиология роста микроорганизмов» (для магистрантов), а также в рабочие программы и лекционный курс по дисциплинам «Сельскохозяйственная фитопатология», «Методы контроля фитопатогенных организмов» (для магистрантов и студентов института инженерных технологий и естественных наук НИУ «БелГУ»).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Состав и структура комплексов ризосферных микромицетов специфичен для разных видов растений семейства Fabaceae в природных экосистемах. В условиях с антропогенной нагрузкой возрастает численность ризосферных микромицетов и показатели их биоразнообразия, но снижается различие комплексов микромицетов для видов бобовых растений;
-
В экосистемах с высоким уровнем агро- и техногенной нагрузки в микокомплексах бобовых увеличивается доля фитопатогенных и опасных для здоровья человека (аллергенных, токсигенных) видов грибов;
-
В агроценозах значительную долю в комплексе филлопланы бобовых культур занимают фитопатогенные микромицеты, вызывающие широкий спектр фитомикозов;
-
В агроценозах для микокомплексов бобовых растений характерны индикаторные виды грибов и разный спектр патогенной активности выделенных микромицетов по отношению к растениям.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы
доложены на Международной научно-практической экологической
конференции «Структурно-функциональные изменения в популяциях и сообществах на территориях с разным уровнем антропогенной нагрузки» (г. Белгород, 2012), Межрегиональной научной конференции «Флора и растительность Центрального Черноземья – 2013» (г. Курск, 2013), Международной научно-практической интернет конференции «Липидология – наука XXI века» (г. Казань, 2013), Международной виртуальной интернет конференции «Биотехнология. Взгляд в будущее» (г. Казань, 2013, 2014), Всероссийской научной конференции с международным участием (к 50-летию Кировского отделения Русского ботанического общества) (г. Киров, 2014), Международной научной интернет-конференции «Современные тенденции в сельском хозяйстве» (г. Казань, 2014), а также на ежегодных заседаниях кафедры экологии, физиологии и биологической эволюции НИУ «БелГУ».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 5 – в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (всего 290 наименований, в том числе 29 на иностранных языках) и приложения. Работа изложена на 203 страницах, включает 33 таблицы, 60 рисунков. Все рисунки в работе выполнены автором.
Значение растений семейства Бобовые (Fabaceae Lindl.) для развития растениеводческой и кормопроизводственной отрасли
Семейство Бобовые, или Мотыльковые (Fabaceae Lindl., или Leguminosae Lindl.), является одним из самых обширных в систематике и представлено различными жизненными формами. Известно около 700 родов бобовых и не менее 17000 видов, из которых около 1850 произрастают в России, из них 24 введены в культуру (Жизнь растений, 1974; Медведев, 1981). Корни возделываемых бобовых несут клубеньки, возникающие в результате разрастания паренхимной ткани корня после внедрения и эндогенного расселения в них азотфиксирующих бактерий рода Rhizobium. Поглощенный ими из атмосферы азот используется самими растениями для роста, а после их запашки в почву, остается в ней и доступен последующим культурам. Соответственно, бобовые играют большую роль в обогащении почвы азотом за счет способности связывания его из воздуха (Жизнь растений, 1974; Яковлев, 1991).
Общеизвестно, что урожайность любых сельскохозяйственных культур в первую очередь зависит от обеспечения их элементами минерального питания, особенно от доступных растениям азотных соединений в почве. В последние десятилетия применение удобрений дорожает. Кроме того, использование минеральных удобрений приводит к высвобождению, в результате нарушения метаболизма, вредных питательных элементов и токсичных соединений. При переходе к интенсификации сельского хозяйства должны учитываться требования экономии ресурсов и охраны природы (Глушков, 2009).
Основная составляющая азота из воздуха, усвоенного многолетними бобовыми травами, содержится в их надземных органах и меньшая часть (до 1/3 азота) – в корнях и остается в почве. В растительных и корневых остатках клевера красного содержится 45%, клевера розового и белого – 20-30%, у люцерны – 20%, люпина 8% от общего количества азота, имеющегося в наземной части растений. Количество азота в надземной массе и пожнивных остатках при культивировании люцерны составляет 300 кг, люпина – 150-200 кг, клевера красного – 180 кг, донника – 150 кг, зерновых бобовых – 50-60 кг азота в год на 1 га почвы (Жизнь растений, 1974; Глушков, 2009).
Принятая в настоящее время структура возделывания многолетних трав предполагает, что площади бобовых трав в чистом виде должны составлять более 60%, а бобово-злаковых травостоев – 32% (Ласько, 2008). Оптимизация структуры возделывания бобовых трав позволит повысить сбор переваримого протеина, на 25-30% сократить расход кормов на единицу животноводческой продукции, ежегодно экономить 318,5 тыс. т азотных удобрений (Кадыров, 2004; Ласько, 2008). При использовании в севооборотах многолетних трав, вместе с азотом поступают фосфор и калий, хотя и в намного меньших количествах. Фосфор обладает низким коэффициентом использования из почвы – до 7%. Установлено, что ежегодно каждая тонна растительных остатков многолетних бобовых трав и соломы по сухому веществу возвращает до 0,5% (к абсолютно сухой массе остатков) биологического азота, 30% фосфора, до 72% калия и 75% кальция. На практике чаще используется смесь бобовых многолетних трав в качестве корма на первом укосе и сидеральное удобрение на втором укосе как самое дешевое органическое удобрение (Глушков, 2009).
Бобовые травы в посевах сельскохозяйственных культур используют как сидераты, позволяющие успешно вести борьбу с вредителями, болезнями и сорняками. Они способствуют росту специфических паразитных грибов, которые уничтожают нематоды, личинки жуков и предотвращают откладку яиц озимой мухи, совки, летающих жуков. Возделывание бобовых трав стимулируют прорастание спор возбудителей многих болезней до высева основных культур, что резко снижает пораженность корневыми гнилями зерновых культур. Их использование позволяет подавлять сорняки, размножающиеся семенами (Глушков, 2009).
Многолетние травы возделывают для защиты почвы от ветровой и водной эрозии, и снижения вымывания питательных веществ. Использование бобовых трав исключает необходимость ежегодных энергозатрат на обработку почвы, семена, посев. Благодаря мощной корневой системе они обеспечивают биологическое рыхление и оструктуривание почвы, что способствует окультуриванию не только самой почвы, но и подпочвы с помощью глубоко укоренившихся растений и дождевых червей. Запаханная свежая масса бобовых трав стимулирует биологический процесс гумусообразования, которая разлагается в 1,5-2 раза быстрее, чем солома, пожнивные и корневые остатки (Глушков, 2009; Никитин, 2012).
В полевых севооборотах высевают как однолетние, так и многолетние травы. Хотя однолетние бобовые растения оставляют меньше растительных остатков и, соответственно, возвращают меньше элементов питания, но за счет симбиотической фиксации атмосферного азота полностью покрывают вынос его с урожаем и еще оставляют для последующих культур севооборота (Васютин, Филоненко, 2013).
Введение рациональных севооборотов, повышение плодородия почвы трудно осуществить без клевера, который занимает первое место в мире по занимаемой площади (Купревич, 1954; Шляужене, 1983). Клевер за счет азотофиксации оставляет после себя в среднем 120-170 кг/га азота, а при высоком содержании азота в корнях и отаве клевера возврат азота возрастает до 225 кг/га (Фигурин, 1996; Епифанов, 2001; Сафиоллин, Галиев, 2005). Как парозанимающая культура, клевер оставляет в почве 4,43 т/га сухой массы пожнивнокорневых остатков. В сидеральном пару клевер обеспечивает поступление в почву 9,10 т/га сухой биомассы, повышает содержание гумуса, элементов питания, получение наиболее высокой урожайности зерновых культур и качественного зерна (Печаткин, 2005).
Материалы и методы исследований
Количественный и качественный анализ микобиоты осуществляли визуальным осмотром опытных чашек Петри (на 3-14-е сутки инкубации) с последующим микроскопированием и идентификацией с использованием оптического микроскопа «Микромед-2» с видеоокуляром DCM 310 SCOPE.
Идентификация таксономической принадлежности по совокупности культурально-морфологических признаков проводили с использованием определителей и микологических атласов (Литвинов, 1967; Пидопличко, Милько, 1971; Билай, 1977; Пидопличко, 1977, 1978; Кириленко, 1978; Билай, Коваль, 1988; Хасанов, 1992; Саттон, Фотергилл, Ринальди, 2001; Гагкаева и др., 2011; Ганнибал, 2011; Booth, 1971; Gerlach, Nirenberg, 1982; Leslie, Summerell, 2006).
Получение электронных ионно-растровых изображений выделенных грибов и измерение размеров их конидий проводили в Центре коллективного пользования (ЦКП НИУ «БелГУ») на электронном ионно-растровом сканирующем микроскопе «Quanta 200 3D».
Токсигенными, оппортунистическими и аллергенными для человека видами микромицетов считали виды согласно определителям В.И. Билая, Н.М. Пидопличко (1979); П.Н. Кашкина, М.К. Хохрякова, А.П. Кашкина (1979); В.И. Билая, З.А. Кубрацкой (1990); Д. Саттона, А. Фотергилла, М. Ринальди (2001); Ф.Б. Ганнибала (2011) и собственным исследованиям Н.П. Елинова (2002); И.Д. Свистовой, А.Ю. Парамонова (2011), И.Д. Свистовой, И.И. Корецкой (2014); A. Lugauskas с коллегами (2006), D. Benndorf с соавторами (2008).
Определение типов ферментативной активности. Присутствие грибов с сахаролитической и пептонолитической активностью определяли с использованием трех агаризированных питательных сред фирмы «Биокомпас-С»: среда Чапека с легкодоступными сахарами (NaNO3 – 2,0 г, K2HPO4 – 1,0 г, MgSO47H2O – 0,5 г, KCl – 0,5 г, FeSO4 – 0,01 г, глюкоза – 20,0 г, дистиллированная вода - 1000 мл, агар - 20 г, pH 5,5-6,0), среда Сабуро с пептоном (мальтоза или глюкоза - 40 г, пептон - 10 г, агар - 18-20 г, вода - до 1 л.) и питательный агар. Приготовленные питательные среды, а также чашки и пробирки с культурой гриба перед утилизацией, стерилизовали в автоклаве MLS-3781L (Sanyo).
Метод искусственного заражения. При искусственном заражении листьев различных ярусов на пяти растениях инокулюм (грибы Macrophoma phaseolicola, Alternana alternate A. infectoria, A. tenuissima, Ulocladium botrytis, Stemphylium solani, Trwhoderma viride, Cunnmghamella elegans, Bipolaris austraensis) культивировали на твердых питательных средах и 5 мл водной суспензии спор (1х106 конидий/мл) наносили на нижнюю поверхность листовой пластинки каплей на место легкого укола по углам правильного треугольника. Контролем служили растения, на листья с уколами которых вместо суспензии спор наносили капли стерильной водопроводной воды.
Определение патогенности грибов. Патогенные свойства штаммов {Alternaria alternate, A. infectoria, Aspergillus niger, Bipolaris australiensis, Cunnmghamella echinulata, Ulocladium botrytis, Fusanum heterosporum, Macrophoma phaseolicola, Stemphylium solani, Trwhoderma lignorum) изучали методом биопробы на семенах. В качестве тест-объекта использовали проростки растений разных семейств: вигна, фасоль спаржевая, клевер гибридный, люцерна посевная, горчица, кресс-салат, рожь, кукуруза, петрушка корневая. Семена тест-объекта после поверхностной стерилизации проращивали в водной суспензии конидий (106/мл). Все опыты проводили в трех повторностях.
О патогенности изолятов гриба судили по степени всхожести, степени ингибирования прорастания семян, роста надземной части и корней. Всхожесть, длину надземной и подземной части семян, пророщенных в воде (контроль), принимали за 100%. Штаммы были дифференцированы на четыре группы: непатогенные (ингибирование роста растений на 0-30%); слабо патогенные (31-50%); умеренно патогенные (51-70%); патогенные (ингибирование роста свыше 70%) (Жемчужина и др., 2014; Киселева и др., 2014). Определение характеристики структуры микокомплексов. Характеристику структуры почвенных комплексов микромицетов (то есть совокупности популяций одного местообитания, без учета связей между микроорганизмами) в различных элементах экосистем проводили на основе показателей частоты встречаемости и обилия видов (Мирчинк, Озерская, Марфенина, 1982; Кураков, 2001; Tresner, Bacus, Curtis, 1954).
По числу выросших колоний в чашке на питательных средах на 7-15-е сутки подсчитывали число клеток в 1 г абсолютно сухой почвы (Теппер, Шильникова, Переверзева, 1993; Щербакова, 2013).
С учетом величин пространственной и временной встречаемости видов в почвенных комплексах выявили типичные виды и дифференцировали их на доминантные (пространственная и временная встречаемость более 60%), частые (пространственная и временная встречаемость более 30%) и редкие (пространственная встречаемость менее 30%, а временная - более 30%). Случайными видами считали виды с пространственной и временной встречаемостью менее 30% (Мирчинк, 1988).
Для определения сходства почвенных комплексов микромицетов под бобовыми растениями вычисляли коэффициент общности Жаккара (Q), выражающий отношение числа совпадающих признаков (описаний) к общему их числу и использующийся для расчета сходства комплексов грибов 2-х объектов без учета количества изолятов каждого вида (Миркин, Розенберг, 1983; Кураков, 2001): С= 3 } (a + b-j) где j - число общих видов в обоих объектах; а - число видов в 1-ом объекте; b - число видов во 2-ом объекте. Для оценки степени доминирования видов в комплексе использовали индекс Симпсона (D) (Одум, 1986; Мэгарран, 1992; Simpson, 1949): _и.(и.-1) D = 2w JV(iV-l) где m - число особей i-го вида, а N - общее число особей; Оценку биоразнообразия комплексов микромицетов почвы, ризосферы и филлопланы проводили на основе индекса Шеннона (Одум, 1986; Мэгарран, 1992; Margalef, 1963). где pi - относительное обилие i-го вида (nІ/N). Вычисляли индекс выравненности Пиелу (Е) (Одум, 1986; Мэгарран, 1992; Pielou, 1975): h = In 5" где H - индекс Шеннона; S - число видов. Результаты исследований обрабатывали с использованием формул для расчета среднего арифметического, ошибки среднего, коэффициента вариации (Лакин, 1973; Доспехов, 1979). Оценку достоверности различий проводили с использованием критерия Стьюдента (Лакин, 1973). Для обсчетов больших массивов данных использовали интегрированный пакет Microsoft Office Excel 2010.
Формирование структуры микокомплексов в ризосфере бобовых культурных растений в условиях агроценозов
Таким образом, в естественных условиях под дикорастущими бобовыми многолетними травами наблюдалось уменьшение видового богатства, усиление доминирования и снижение выравненности в ризосферном комплексе микромицетов по сравнению с целинной почвой под разнотравно-злаковой растительной ассоциацией. Коэффициент Жаккара, рассчитанный для оценки сходства микокомплексов целины и ризосферной зоны различных вариантов опыта по видовому составу, показывает, что изучаемые биотопы имеют общие ряды, но, тем не менее, степень сходства между ними невысокая и установлена на уровне от 8 до 29%. По сравнению с целиной под большинством изученных многолетних трав наблюдалось снижение доли видов оппортунистов (на 5-26%) и аллергенов (на 13-40%), так и их обилия на 8-37% и 15-29%. Под клевером ползучим и лядвенцем рогатым наблюдалось снижение долей токсигенных видов на 22 и 15%, так и их обилия на 47 и 29% соответственно. А повышение долей токсигенных (на 8%) и оппортунистических видов (на 21%) отмечено лишь под златощитником золотистым с увеличением их обилия на 2% и 18% соответственно.
Наблюдалась видоспецифичность групп почвенных грибов ризосферы исследуемых бобовых многолетних трав. Наибольшим биоразнообразием и выравненностью отличались ризосферные микокомплексы вязеля разноцветного и люцерны посевной. Наибольшим сходством обладали микокомплексы златощитника золотистого и люцерны посевной. В структуре микокомплексов ризосферы изученных бобовых в естественных условиях по численности видов преобладали роды Penicillium и Aspergillus. Грибы рода Trichoderma, с фунгицидной активностью, являются частыми в почвах под златощитником золотистым. Большинство видов грибов (78%) проявили целлюлозолитическую активность, а разложение клетчатки происходит интенсивнее в почве под златощитником золотистым и люцерной посевной. Фитопатогенные грибы рода Alternaria в ранге частых присутствовали в списках типичных видов почвенных комплексов вязеля разноцветного, а в ранге редких – под златощитником золотистым. Опасные фитопатогенные токсинообразующие виды рода Fusarium в качестве частых представлены в почвенных микокомплексах вязеля разноцветного и люцерны посевной. Под клевером ползучим выявлено меньше всего токсигенных, оппортунистических и аллергенных для человека грибов.
Сравнивали структуру комплексов микромицетов парующей почвы (контроль) и ризосферы однолетних бобовых культур (арахис культурный, вигна лучистая, фасоль овощная (сорт «Креолка»), фасоль спаржевая (сорт «Журавушка»), двулетних (донник желтый) и многолетних (клевер гибридный, клевер луговой, козлятник лекарственный, люцерна посевная, лядвенец рогатый (сорта «Солнечная лужайка» и «Солнышко»), эспарцет песчаный) форм. В качестве контрольных использовали средневзвешенные образцы парующей почвы, отобранные с разных делянок каждой культуры между рядами. Отбор проб почв опытного образца проводили в фазу бутонизации-начала цветения растений. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что для выделенных комплексов микромицетов парующей почвы (19 родов) и ризосферной зоны изученных бобовых (20 родов) характерно преобладание по численности представителей родов Aspergillus и Penicillium, насчитывающих по 14 видов, а также рода Fusarium, который представлен 6-ю видами. Род Rhizopus насчитывал 4 вида, роды Mucor и Trichoderma – по 3, Acremonium и Alternaria – по 2, остальные 20 родов включали по 1 виду.
Видовое разнообразие комплексов микромицетов ризосферы под бобовыми культурами резко снижено (с 38 в парующей почве до 9-22 видов). В то же время, наблюдалось возрастание долей типичных видов грибов в комплексе микромицетов ризосферы разных бобовых культур на 14-54%, наряду с этим их обилие также увеличивалось на 6,9-19,3% по сравнению с контролем.
Список видов микромицетов ризосферы разных бобовых и парующей почвы по их значимости с учетом их пространственной и временной частоты встречаемости представлен в таблице 3.2.2. Так, видно, что видовой состав микромицетов различается между образцами парующей почвы и ризосферы изученных бобовых. В составе микокомплекса контрольной почвы не выявлено доминантных видов, в ранге часто встречающихся оказались виды Aspergillus ochraceus и Rhizopus microsporus. Редкими видами являлись Aspergillus candidus, A. niger, A. terreus, A. ustus, Candida albicans, Fusarium oxysporum, F. proliferatum. Остальные 29 видов входили в ранг случайных.
В микокомплексе ризосферы арахиса культурного выделен 1 доминантный вид (Rhizopus microsporus), в ранге частых оказались 2 вида (Aspergillus candidus и Penicillium funiculosum), редких – 3 (Actinomucor elegans, Aspergillus niger и Trichoderma lignorum) и 10 видов отнесены к случайным.
Экологические последствия доминирования фитопатогенных микромицетов ризосферы и филлопланы бобовых растений
Как видно из диаграммы, наименьшим биоразнообразием характеризовались микокомплексы листьев златощитника золотистого и вязеля разноцветного (значения H равны соответственно 0,9 и 1,0). Для микокомплексов листьев вики посевной, люцерны посевной и лядвенца рогатого характерны средние по группе значения индекса Шеннона (1,3; 1,4 и 1,6 соответственно). Присутствие на листьях арахиса культурного, клевера ползучего и вигны лучистой наибольшего в опыте числа видов микромицетов (от 8 до 13 видов) обусловили более высокие значения индекса Шеннона (1,9-2,2). Индекс доминирования Симпсона, как и ожидалось, показал обратную закономерность: чем больше выявлено видов грибов в комплексе, тем меньше в нем доминирование отдельных видов (см. рис. 4.1.5). Индекс выравненности Пиелу продемонстрировал небольшой размах значений: от 0,7 (люцерна посевная, вязель разноцветный) до 0,8 (златощитник золотистый, вика посевная) и 0,9 (вигна лучистая, клевер ползучий, арахис культурный, лядвенец рогатый).
Анализ индексов Жаккара (табл. 4.1.3) показал, что наибольшим сходством обладали микокомплексы арахиса культурного и вигны лучистой (Kj = 43%), златощитника залотистого и вязеля разноцветного (Kj = 40%), также отмечено сходство люцерны посевной с клевером ползучим (Kj = 33%), златощитником золотистым (Kj = 25%), вязелем разноцветным (Kj = 22%) и викой посевной (Kj = 20%). Сообщество грибов на листьях вики в некоторой степени схожи с микокомплексом клевера (Kj = 17%), златощитника (Kj = 14%), вязеля (Kj = 13%) и лядвенца (Kj = 11%).
Сходство микрокомплексов листьев арахиса культурного и вигны лучистой с другими растениями наименьшее или отсутствовало вовсе. Аналогичная ситуация и по лядвенцу рогатому. Полученные результаты согласуются с вышеизложенными данными по почвенным микокомплексам.
Анализируя присутствие токсигенных, оппортунистических и аллергенных для человека видов грибов в микокомплексах филлопланы по каждому виду растений (рис. 4.1.6) выяснили, что наибольшая доля токсигенных видов (95%) обнаружена в сообществе микромицетов филлопланы вики посевной. Меньшее значение отмечено у люцерны посевной (78%) и лядвенца рогатого (74%). Количество видов токсигенных грибов меньше всего выявлено под арахисом культурным (30%) и вигной лучистой (29%).
Cледует отметить, что в комплексах микромицетов листьев златощитника золотистого все выявленные виды грибов являлись оппортунистическими (рис. 4.1.6). Значительное их содержание отмечено у лядвенца рогатого (87%) и люцерны посевной (83%). Под вигной лучистой отмечена минимальная доля видов оппортунистов (49%). 120 і 100 - 80 - 60 - 40 " 20 - 0 - токсигенные оппортунистические аллергенные Доля токсигенных, оппортунистических и аллергенных видов в микокомплексе филлопланы разных бобовых культур (2012-2014 гг.)
Наибольшая доля аллергенных видов обнаружена в сообществе микромицетов листьев вики посевной (69%), вязеля разноцветного (67%) и люцерны посевной (68%). Несколько меньшее их содержание обнаружено в микокомплексе листьев златощитника золотистого (50%) и клевера ползучего (47%). Доля аллергенных видов была наименьшей под вигной лучистой (17%) и арахисом культурным (13%).
Таким образом, оценка биоразнообразия комплексов микромицетов филлопланы бобовых культур показала, что из выделенных из листьев бобовых 31-го вида микромицетов до 42% из них являлись фитопатогенными, их доля больше всего отмечена в микокомплексе листьев вики посевной и люцерны посевной. Наибольшей частотой встречаемости и долей видов отличался гриб Alternaria alternatа. Следует добавить и высокую встречаемость фитопатогенных грибов Fusarium sporotrichioides и Penicillium digitatum. Значительные доли характерны для фитопатогенных видов Macrophoma phaseolicola, Colletotrichum lindemuthianum и Ulocladium botrytis 126 в микокомплексах листьев однолетних бобовых, а также Alternaria tenuissima, Aureobasidium pullulans – в микокомплексе лядвенца рогатого. Содержание токсигенных, оппортунистических и аллергенных видов грибов меньше выявлено под однолетними видами: арахисом культурным и вигной лучистой.
Наибольшее сходство почвенных микокомплексов арахиса культурного и вигны лучистой, златощитника золотистого и вязеля разноцветного, причем вторая пара отличалась наименьшим в опыте биоразнообразием, так и люцерны с большинством исследуемых бобовых, что требует учета правильного размещения их в севооборотах. Сходство комплексов микромицетов листьев бобовых должно учитываться в разработке мер защиты растений