Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Семеноводство картофеля на безвирусной основе 7
1.1.1. Современное состояние семеноводства картофеля в Республике Карелия 9
1.2. Биология возбудителей болезней картофеля, наиболее распространенных в условиях Карелии 12
1.2.1. Грибные патогены 13
1.2.2. Фитопатогенные вирусы 30
1.3. Особенности развития болезней при смешанной инфекции на растениях картофеля 38
1.4. Поражаемость растений болезнями в процессе семеноводства картофеля 41
Глава 2. Условия, материал и методика проведения исследований
2.1. Место и условия проведения работы 43
2.2. Материал и методика 46
2.2.1. Методика изучения карельской популяции гриба Rhizoctonia solani Kiihn . 51
2.2.2. Методика искусственного заражения растений картофеля вирусами 52
2.3. Математическая обработка экспериментальных данных
2.3.1. Использование показателей элементарной статистики 53
2.3.2. Применение методов многомерного статистического анализа 56
Глава 3. Особенности развития основных болезней картофеля в условиях Карелии 58
3.1. Влияние факторов среды на распространенность ризоктониоза, фитофтороза и вирусных болезней 60
3.2. Распространенность болезней на картофеле в питомниках семеноводства 66
3.3. Поражаемость сортов картофеля ризоктониозом, паршой обыкновенной и паршой серебристой на природном инфекционном фоне 69
3.4. Характер развития болезней под действием почвенной и вирусной инфекций при искусственном заражении 72
3.4.1. Внутривидовая изменчивость карельских популяций гриба R. solani по агрессивности и Х-, Y-вирусов по патогенности 72
3.4.2. Специфика поражаемости картофеля распространенными почвобитающими патогенами на фоне заражения растений Х-, Y-вирусами 74
3.4.3. Особенности отношений в системе «растение-хозяин — R. solani, Х-, Y-вирусы 76
Глава 4. Контроль за посевными и сортовыми качествами в оригинальном и элитном семеноводстве картофеля 85
4.1. Влияние ризоктониоза на посевные качества семенного материала 85
4.2. Диагностика вирусных болезней и особенности распространения тлей-переносчиков вирусной инфекции 89
4.3. Влияние вирусной инфекции на поражаемость ризоктониозом подземных органов растений картофеля 96
4.4. Оценка качества элиты при проведении грунтконтроля 101
Глава 5. Динамика поражаемости болезнями и урожайности картофеля в семеноводстве сортов в условиях Карелии 104
5.1. Поражаемость растений болезнями и урожайность картофеля в питомниках семеноводства сортов 104
5.2. Однородность поражения клубней различных поколений картофеля ризоктониозом, паршой обыкновенной и паршой серебристой 108
Выводы 112
Практические рекомендации 114
Список работ, опубликованных по материалам диссертации 115
Список использованной литературы 116
Приложения 143
- Биология возбудителей болезней картофеля, наиболее распространенных в условиях Карелии
- Методика изучения карельской популяции гриба Rhizoctonia solani Kiihn
- Влияние факторов среды на распространенность ризоктониоза, фитофтороза и вирусных болезней
- Влияние ризоктониоза на посевные качества семенного материала
Введение к работе
Актуальность темы. В хозяйствах Республики Карелия (РК) площади под семенными участками картофеля за последние 15 лет сократились на 60 %. В основном это связано с уменьшением производства картофеля в крупных сельскохозяйственных предприятиях и перемещением его в частный сектор. В настоящее время распределение площадей составляет соответственно 1,4 тыс. и 8,2 тыс. га (Госкомстат РК, 2005). Снижение урожайности до 12 т / га обусловлено как выращиванием в составе сортимента картофеля неадаптированных к местным условиям сортов, недостаточным использованием высококачественного посадочного материала, защитных средств и др., так и развитием на растениях распространенных болезней — вирозов, фитофтороза, ризоктониоза, парши обыкновенной и парши серебристой. По литературным данным (Куневич, 1968; Попкова и др., 1980; Воловик, 1983; Мешечкина и др., 1983; Блоцкая, 1993; Кошелев, 1995; Шпаар, Шуманн, 1997; Купріянов и др., 1999; Журомская, Бакай, 2002; Иванюк и др., 2003), потери урожая от этих болезней достигают 10...50 %. В комплексе защитных мероприятий от фитопатогенов выделяют использование сортов, наименее поражаемых местными популяциями возбудителей болезней (Евстратова, 2003), а также свободного от инфекций посадочного материала (Зыкин, 1974; Анисимов, 2000).
Все это свидетельствует о необходимости системного анализа фитопато-логического состояния семенного фонда картофеля в процессе производства элиты выращиваемых в республике сортов.
Цель настоящей работы — провести фитопатологический мониторинг устойчивости сортов в оригинальном и элитном семеноводстве картофеля и исследовать особенности развития наиболее распространенных болезней в условиях Карелии.
Задачи исследований:
— изучить специфику развития широко распространенных в республике
болезней картофеля — вирозов, фитофтороза, ризоктониоза, парши обыкно
венной и парши серебристой;
— провести фитопатологическую оценку возделываемых в Карелии
сортов картофеля;
обобщить результаты анализа посевных и сортовых качеств семенного материала картофеля в оригинальном и элитном семеноводстве сортов;
исследовать динамику устойчивости растений к болезням в процессе семеноводства сортов.
Научная новизна. Впервые в условиях Карелии изучены особенности развития основных почвообитающих и аэрогенных фитопатогенов на 11 сортах картофеля. Исследована специфика отношений в системе «растение-хозяин — Rhizoctonia solani Kuhn. и Х-, Y- вирусы». Изучена роль вирусной инфекции в поражаемости ризоктониозом подземных органов растений картофеля. Впервые установлено влияние метеорологических условий сезона на распространенность фитофтороза, ризоктониоза и, через посредство тлей-переносчиков, на развитие вирусных болезней в питомниках оригинального и элитного семеноводства картофеля. Исследовано изменение поражаемости растений комплексом болезней в процессе семеноводства трех сортов.
Практическая ценность. Полученные результаты фитопатологической оценки растений могут служить основой для разработки системы мероприятий по рациональной защите картофеля от болезней в условиях Карелии. В семеноводстве районированных сортов выявлены поколения картофеля с максимальным развитием болезней, которые вызывают необходимость первоочередного проведения защитных мероприятий. Для практического использования предложены сорта с наименьшей поражаемостью растений распространенными фи-топатогенами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Ученых Советах ГНУ КГСХОС (Новая Вилга, 2000— 2005), конференции преподавателей, аспирантов СПГАУ (Санкт-Петербург,
005), конференции преподавателей, аспирантов СПГАУ (Санкт-Петербург, 2001), научно-теоретической конференции аспирантов и молодых ученых ВНИИР (Санкт-Петербург, 2002), Международных конференциях (Пущино, 2001; Санкт-Петербург, 2003, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Биология возбудителей болезней картофеля, наиболее распространенных в условиях Карелии
Фитофтороз — возбудитель болезни низший гриб Phytophthora infestans (Mont.) de Вагу из класса Phycomycota порядка Peronosporales (Пересыпкин, 1989; Тийтс,Агур, 1991).
В России разнообразие почвенно-климатических условий определяет неодинаковую распространенность и вредоносность фитофтороза, которая связана с уменьшением ассимиляционной поверхности и роста растений в поле, а также интенсивным развитием сапрофитной микрофлоры на пораженных клубнях в период их хранения (Покручин, 1978; Дорожкин и др., 1979). Особенно опасна болезнь в зонах с повышенной влажностью и умеренной температурой воздуха: в Центральной Нечерноземной зоне, на Северо-Западе, Урале и в Приморье, где потери урожая составляют 10... 15%, а в годы эпифитотий — 30 % и более (Попкова, 1972; Пучков и др., 1979; Иванюк, 2003). Не менее вредоносен фитофтороз в странах ближнего и дальнего зарубежья. Так, в Эстонии, Латвии, Беларуси ущерб, причиняемый картофелю, достигает 20...30 %, в отдельные годы — до 60% (Дорожкин и др., 1976; Козлов, Чашинский, 1999). Несколько меньше потери урожая от болезни на Украине, в Молдове и Казахстане (Жанарбекова, 2001; Иванюк и др., 2003). В Англии, Германии, Франции, Чехии, Словении, Польше, Индии, Израиле ежегодный недобор урожая картофеля составляет 10...25 %, а в годы массового развития болезни — 30...50 % (Samoucha et al., 1988; Bhattacharya et al., 1990; Swiedi, Malik, 1995).
Как указывает H. M. Коняева (1986), на Камчатке наблюдается сокращение периодов между эпифитотиями фитофтороза, которые происходят раз в 4...5 лет, напротив, в Якутии и Ямало-Ненецком автономном округе практически отсутствуют условия для развития этой болезни. Периодичность ее в горной зоне Алматинской области один раз в 3...4 года, Харьковской области — в 4...5 лет, в Беларуси — в 1 ...1,5 года (Жанарбекова, 2001; Иванюк и др., 2003).
Первые признаки Ph. infestans на растениях картофеля проявляются в фазе бутонизации. На нижних листьях возникают светло-зеленые пятна, которые через 1...2 дня становятся коричневыми. Болезнь сначала развивается на черешках и листьях, затем — на стеблях, где пятна приобретают пурпурно-коричневый цвет. Подобные симптомы выявлены на цветках и ягодах. На клубнях — резко очерченные, сероватые пятна, которые со временем буреют и становятся твердыми. На срезе клубня видны ржавые участки мякоти, распространяющиеся к центру в виде язычков (Дорожкин, Вельская, 1979; Пучков и др., 1979; Попкова и др., 1980; Справочник..., 1987; Воловик, Шнейдер, 1987; Пересыпкин, 1989; Тийтс, Агур, 1991).
В цикле развития Ph. infestans выделяют несовершенную и половую стадии. Клубни, слабопораженные или имеющие скрытую (латентную) инфекцию, сохраняются до весны и являются источником первичной инфекции в поле (Воловик, Шнейдер, 1987). При прорастании таких клубней несептированный мицелий гриба поражает ростки, а затем надземные органы растений, на которых формируется спороношение гриба (Федотова, Близнец, 1969). Как указывают J. G. Harrison и R. Lowe (1989), наибольшее число спорангиев образуется при низкой скорости ветра и влажности воздуха 90...100%. По мнению А. М. Соколова, Е. В. Никифорова (1988), массовому распространению спор способствуют температура Ю...18С и влажность воздуха 70...95 % в утренние часы во время испарения росы. Заражение растений осуществляется в зависимости от температуры воздуха конидиями (выше 15С) или зооспорами (ниже этого уровня). Интенсивность распространения болезни зависит от радиуса рассеяния спор. Так, при пораженности посадок картофеля на 35...40 % конидии с потоками воздуха разносятся на расстояние до 900 м (Рогожина, Филиппова, 1988). С пораженных надземных органов растений споры вместе с осадками проникают в почву, прорастают в мицелий и вызывают заражение клубней через глазки, чечевички и участки кожуры с механическими повреждениями. Наиболее сильное перезаражение клубней, а также нижних листьев картофеля, соприкасающихся с землей, обусловлено способностью мицелия гриба распространяться в почве до 30...50 см (Федотова, Близнец, 1969) при повышенном количестве осадков (Arora et al., 1987).
Методика изучения карельской популяции гриба Rhizoctonia solani Kiihn
Для искусственного заражения растений картофеля изучали вирулентность 200 местных изолятов Х-, Y-вирусов. По результатам визуальной оценки и иммуноферментного анализа в фазу бутонизации отбирали растения с ярко выраженными симптомами крапчатости, более светлыми пятнами и полосами на листьях, морщинистой мозаики, штриховатости и, предполагая, что они вызваны развитием высоковирулентных изолятов этих вирусов. Сок зараженных растений картофеля использовали для инокуляции растений Nicotiana tabacum L. сорта Самсун с целью накопления вирусных частиц. Для дифференциации Х-вируса отбирали растения табака, которые на 18...23 день реагировали симптомами мозаики и мраморности по всей поверхности листьев. С целью выделения Y-вируса отсортировывали растения, проявляющие на 16...24 день признаки сильного посветления жилок и некротиза-ции главных жилок. Затем соком растений табака с наиболее выраженными признаками вирусных болезней инфицировали опытные растения картофеля. Искусственное заражение проводили в соответствии с методикой ВНИИКХ (1967).
В процессе работы математическую обработку полученных экспериментальных данных осуществляли с использованием основных статистик вариационного ряда и методов многомерного статистического анализа. Все материалы обработаны на персональном компьютере с применением программ Excel, STATISTICA, STATGRAPHICS Plus.
Математическую обработку экспериментальных данных осуществляли с привлечением показателей вариационной статистики, дисперсионного, регрессионного и корреляционного анализов (Доспехов, 1979).
Морфометрические показатели растений в вариантах сравнивали с контролем, используя критерий Стьюдента (t), рассчитываемый по формуле: где х і и х 2 — средние величины двух сравниваемых выборок, mi и т2 — стандартные ошибки выборочных средних. В случаях, если Цакт. меньше стандартного значения (Ъе0р), разница между двумя выборочными средними статистически не достоверна, если Цакт. treop., разница между выборками считается достоверной.
В случаях, если критерий % фаКт. меньше критического значения (% ТСОр.), разница между двумя выборочными средними статистически не достоверна и полученные в варианте опыта экспериментальные данные не отличаются от контрольных. Если х2фает. Х еор.» разница в поражаемости в варианте и контроле считается достоверной. Число степеней свободы для определения х2тсоР. считается по формуле к = (пі - 1) х (пг - 1), где Пі — число сравниваемых вариантов (пі = 2), пг — число классов. Урожайность сортов сравнивали с использованием однофакторного дисперсионного анализа.
Влияние гидротермического коэффициента на распространенность фи-тофтороза, ризоктониоза и вирусных болезней определяли с помощью регрессионного анализа.
Влияние условий среды на поражаемость клубней и вегетирующих растений картофеля оценивали, вычисляя эффект года — разность между средней степенью поражения клубней (или растений) сортов в отдельные годы и генеральной средней (средняя поражаемость клубней или растений за исследуемые годы). Данный метод позволил достоверно оценить и сопоставить степень развития отдельных болезней по годам, группам спелости и поколениям.
С привлечением корреляционного.анализа (Доспехов, 1979) определяли наличие связи между показателями: развитие пар болезней на клубнях при смешанной инфекции; агрессивности карельских изолятов R. solani, полученными с использованием искусственного заражения клубней картофеля и дисков-высечек из них.
Различные методы многомерного статистического анализа — факторного (метод главных компонент), кластерного (метод Варде, евклидово расстояние) и дискриминантного (Ким и др., 1989; Дюк, 1997) применяли при группировке 11 сортов, а также поколений супер-суперэлита.. .элита каждого из сортов Скала, Ресурс и Луговской по однородности поражения клубней ризоктониозом, паршой обыкновенной и паршой серебристой при смешанной инфекции.
Предварительно для изученных поколений отдельного сорта строили двумерные таблицы табуляции по строкам 6 х 3 (6 — строки, баллы поражения, 3 — столбцы, число болезней). Однородность поражения картофеля комплексом болезней оценивали по результатам группировки объектов, каждый из которых представлен в исходном материале числовым вектором из трех компо нент, отражающим процент клубней от их количества с поражаемостью на определенный балл у отдельного сорта и конкретного поколения.
Кроме того, по сходным биометрическим показателям осуществляли классификацию вариантов опыта с искусственным заражением растений фито-патогенами. Для этого строили матрицу размерностью п х 5, где п — варианты, 5 — изученные показатели. Затем проводили группировку вариантов и интерпретировали полученные результаты по значениям центроидов. Корректность выделенных групп сортов и вариантов с искусственным заражением подтверждали с привлечением кластерного и пошагового дискрими-нантного анализов.
Влияние факторов среды на распространенность ризоктониоза, фитофтороза и вирусных болезней
Наибольшее количество растений с симптомами «белой ножки» (R до 3,2...3,8 %) установлено в течение полевых сезонов 1996, 1999 и 2000 гг. (рис. 5, приложения 3, 4). Учитывая, что максимальное увеличение индекса поражения стеблей ризоктониозом отмечают в июне...июле (Zimmer, 1988), анализировали влияние метеорологических факторов на распространенность Т. cucumeris именно в этот период. Июнь и июль 1996 г. отличались пониженной теплообеспеченно-стью и избыточным увлажнением по сравнению со среднемноголетними данными. В эти месяцы 1999 г. зарегистрированы повышенные среднемесячные температуры на фоне количества осадков, приближающихся к уровню среднемноголет-ней. Особенность июня 2000 г. — незначительное отклонение показателей температуры воздуха от среднемноголетнего уровня и пониженная влагообеспечен-ность, а июля — повышенные значения метеорологических характеристик по отношению к среднемноголетним данным.
Развитие Т. cucumeris на вегетирующих растениях неодинаково повлияло на распространенность клубневой инфекции R. solani. Так, при весенней оценке картофеля в 2000 и 2001 гг. отмечено наибольшее число клубней со склероциями (R— 1,4 и 3,1 % соответственно). Напротив, в 1997 г. показатель R достигал лишь 0,1% (табл. 5).
Развитие симптомов «белой ножки» на стеблях картофеля связывают с наступлением влажной и теплой погоды (Михеева, 1977), запасами инокулюма на клубнях (Антроповская, Шелабина, 1988), преимущественным распространением отдельных специализированных штаммов гриба (Virgen-Calleros et al., 2000). Существуют противоречивые мнения о роли базидиоспор в распространении инфекции R. solani. Исследованиями Р. В. Куневич (1968) не установлено существенного влияния спор на заражение клубней нового урожая склероциями гриба. Большинство авторов (Тупеневич, Шапиро, 1968; Методические указания..., 1969; Протасов, 1986 и др.) считают, что базидиоспоры после созревания рассеиваются, проникают в почву и заражают молодые клубни. По литературным данным (цит. по Ю. Т. Дьякову, 1993) известно, что на картофеле специализированы штаммы АГ-3 и АГ-4-3. Процент прорастания базидиоспор АГ-3 очень низкий, менее 10% (Anderson, 1982), напротив, АГ-4-3 — высокий (Дьяков, 1993).
Анализируя за 12-летний период участие базидиоспор в увеличении паразитической активности ризоктониоза, предположили, что в Карелии доминирующее развитие на стеблях растений отдельных штаммов гриба определяется условиями июля. При повышенных показателях среднемесячной температуры воздуха, а также суммы осадков, приближающейся или выше среднемноголетнего уровня, ведущая роль в формировании Т. cucumeris принадлежит штамму АГ-4-3. Полученные данные согласуются с выводами G. Virgen-Calleros et al. (2000) об интенсивном распространении на стеблях этого штамма гриба в условиях влажной и теплой погоды. С изменением факторов среды преобладающее значение в развитии болезни принадлежит штамму АГ-3.
Таким образом, в Карелии распространенность вирозов, фитофтороза и ризоктониоза на картофеле определяется метеорологическими условиями первой половины полевого сезона. На растениях ранних сортов, в отличие от сортов других групп спелости, наиболее часто встречаются симптомы фитофтороза и ризоктониоза. Увеличение количества растений с симптомами «белой ножки» в условиях теплой и влажной погоды июля вызывает широкую распространенность ризоктониоза на клубнях нового урожая.
В оригинальном и элитном семеноводстве выращиваемых сортов картофеля установлена неоднородная распространенность болезней на вегетирующих растениях и клубнях картофеля. Так, в процессе воспроизводства 11 сортов картофеля несмотря на вариабельность факторов среды по годам и генетических особенностей сортов на вегетирующих растениях не выявлена сопряженность между развитием визуальных симптомов фитофтороза и вирозов и звеном размножения картофеля (рис. 6).
Влияние ризоктониоза на посевные качества семенного материала
В условиях Карелии при прорастании клубней картофеля, используемых на семенные цели, верхушечные побеги, особенно этиолированные, часто поражаются ризоктониозом. На побегах образуются некротические язвы, штриховатость, при сильном поражении наблюдается гибель конуса нарастания. Сильное поражение основных побегов приводит к формированию боковых, которые также подвергаются действию возбудителя. Это является причиной изреживания всходов и развития ослабленных растений в поле.
По литературным данным (Захарова, 1978; Антроповская, Шелабина, 1988; Frank, Leach, 1980), известно, что запасы инокулюма R. solani на семенном материале влияют на количество побегов и интенсивность поражения их ризоктонио-за. С увеличением степени развития болезни (от 0,0 до 75,0 %) на поверхности (/ клубней поражаемость верхушечных побегов возрастает до 43,0 %, а их гибель — до 20,5 % (Иванюк и др., 2003). Наличие симптомов ризоктониоза на побегах да же при отсутствии видимых признаков болезни на поверхности клубней связано с присутствием невидимого невооруженным глазом мицелия гриба (Михеева, 1975; Марьин, 1983).
Исследование роли клубневой инфекции R. solani на биометрические показатели и поражаемость побегов при проращивании сортов картофеля, относящихся к различным группам спелости, выявило их неодинаковую реакцию. Так, у раннего сорта Пушкинец с увеличением инфекции на клубнях достоверно снижались количество и длина побегов, а среднераннего сорта Детскосельский и среднеспелого сорта Нида — проявлялось стимулирующее действие гриба R. solani на длину корней, побегов на фоне снижения или относительно стабильного количества последних (табл. 12). Развитие болезни на побегах изученных сортов в основном увеличивалось пропорционально заселенности клубней склероциями гриба. В наибольшей степени поражались побеги раннего сорта Пушкинец, что согласуется с литературными данными (Харитонова, 1955; Николаева, 2004) о связи поражаемости картофеля ризоктониозом со скороспелостью сорта.
Анализ однородности формирования органов растений и развития симптомов болезни показал, что независимо от сорта количество побегов изменялось в границах нормальной вариации, а их поражаемость — преимущественно в пределах большой и очень большой вариации. С увеличением продолжительности периода покоя сортов выявлена тенденция к расширению диапазона изменчивости показателей длины побегов и корней. Развитие гриба в виде мицелиальной сетки на поверхности клубней (0,0 балла) обусловило в основном большую и очень большую вариабельность значений длины корней, побегов и их поражаемости патогеном.
Таким образом, степень влияния клубневого инокулюма R. solani на показатели количества, длины побегов и длины корней определяется сортовыми особенностями картофеля. Установлена положительная связь между запасами инфекции на клубнях и поражаемостью верхушечных побегов. Наибольший негативный эффект патогена проявляется на более скороспелых сортах.
Развитие вирусной инфекции представляет большую опасность в семеноводстве картофеля, вызывая потери урожая до 20...40 % (Подлужный, 2003). Интенсивность распространения вирусных болезней связана с количеством тлей-переносчиков, определяемых вариабельностью факторов внешней среды (Зыкин, 1976). Многие исследователи (Развязкина,1963; Дьяконов, 1963; Павлов, 2001; Sigvald, 1987) считают, что основные переносчики вирусной инфекции — крылатые особи тлей. По данным В. А. Кадычегова (2003), между температурой воздуха и их количеством существует средняя положительная связь. Численность и активность лета переносчиков больше зависят от распределения благоприятных для лета насекомых дней (температура 15С и выше, сила ветра не более 2 м/с, отсутствие осадков), чем от абсолютного числа таких дней в течение вегетации.
В наших исследованиях количество насекомых и распространенность виро-зов определялись показателями суммы среднесуточных температур воздуха и количеством осадков за период лёта тлей (табл. 13). Так, максимальная распространенность вирусов отмечена в условиях 2002 г., для которого характерны повышенная температура воздуха и умеренная влажность, а минимальная — в 2003 г. при среднесуточной температуре воздуха, приближающейся к средней многолетней, и наименьшем количестве осадков.
Число растений, пораженных Х-, S-, М-, Y-вирусами, зависело от периода лёта насекомых: с увеличением продолжительности этого периода возрастала распространенность вирозов. В годы, наиболее благоприятные для развития тлей, на растениях преимущественно выявлены Y- и М-вирусы. Ранее проведенными исследованиями Р. Н. Абрамовой (1974) установлено, что в Карелии интенсивный лёт тлей в период бутонизация...цветение, который является критическим в онтогенезе картофеля, растения наиболее подвержены вирусной инфекции.
