Эффективный контроль болезней картофеля, вызванных бактериями

Эффективный контроль болезней картофеля, вызванных бактериями, является очень сложной задачей. В то же время набор эффективных мер контроля бактериозов в последнее время постоянно пополняется. Это обусловлено возрастающей вредоносностью данных патогенов в условиях повышения температуры почвы и воздуха, изменением характера осадков во всех регионах земного шара. Рассмотрим эти меры на примере болезней, вызываемых пектобактериями, которые в специальной литературе часто обозначаются как SRP.

Бактерии передаются через семена, они могут перемещаться во время роста растений от инфицированных материнских клубней через свободную воду в почве к клубням-потомкам или через сосудистую систему растения. Во время (после) уборочных работ контакт с зараженными (гнилыми) клубнями и зараженной техникой приводит к дальнейшему увеличению уровня инфицирования.

В картофелеводстве использование сертифицированного посадочного материала, не содержащего SRP, в сочетании с применением надлежащих культурных и гигиенических мер по-прежнему является наиболее эффективной стратегией снижения загрязнения и распространенности бактериозов. Получение чистого от бактериозов семенного картофеля является важнейшей мерой возделывания для контроля популяций SRP в посевах картофеля.

Этого можно достичь, начав с надлежащей гигиены на ранних стадиях размножения растительного материала, чтобы обеспечить свободный от патогенов материал для размножения. Эффективность борьбы непостоянна, отчасти из-за наличия скрытых инфекций в семенных партиях, которые могут сохраняться даже в нескольких последовательных поколениях. Преобладающие условия окружающей среды играют важную роль в развитии и выражении болезни.

Правила сертификации всех стран развитого картофелеводства предусматривают оценку и нормативы допусков болезней, вызываемых Dickeya spp. и Pectobacterium spp., на основе визуального проявления симптомов черной ножки, увядания растений, мокрой и сухой гнили (табл. 1,2). Нормативы РФ в этой части на этапе полевого осмотра – сравнительно несколько более жесткие, на этапе оценки клубней – более мягкие. Отличие состоит и в отсутствии постепенности повышения допусков по мере репродуцирования, что нелогично и требует отдельного обоснования.

A - Спорадическое =1 растение/га ; Н/П = не применимо, источник: презентация Банадысева С.А.

А - один клубень/250 кг для всех сортов, толерантность по Дикее NIL,  н/п = не применимо. Источник: презентация Банадысева С.А.

Нормирование бактериальных болезней Российской Федерации предусматривает не только контроль внешних симптомов, но и нулевой допуск латентной, т.е. скрытой, без внешнего проявления, инфекции пектобактерий. В других странах развитого картофелеводства нормирование бактериальных болезней осуществляется, исключительно, по внешним симптомам проявления на растениях и клубнях.

Согласно ГОСТ 33996-2016, установлен нулевой допуск по латентной зараженности семенного картофеля полевых этапов категории ОС (включая супер-суперэлиту) пектолитическими бактериями. Согласно приказу Минсельхоза № 246 от 08.05.2024 этот норматив распространен не только на суперэлиту и элиту, но и на РС 1-2. Такой уровень требований недостижим и не имеет аналогов в мире.

В категориях ОС, согласно ГОСТ 33996 - 2016, в ЭС – согласно приказу Минсельхозпрода № 246. Источник: презентация Банадысева С.А.

Специалистам всех стран давно, как только появились чувствительные методы молекулярной диагностики – ИФА и ПЦР, стало понятно, что эти бактерии всегда есть на растениях и клубнях в латентной форме и не приводят к повреждению урожая, если их не провоцировать. В открытом грунте не может быть растений без бактерий, нулевой допуск возможен только при микроразмножении исходных растений в культуре in vitro. 

Основательные исследования 2012-2022 гг. ведущих мировых специалистов по бактериям картофеля содержат доказательства, что заселение растений Pectobacterium spp. и Dickeya spp. происходит неизбежно в первый-третий год полевого репродуцирования, т.е. на классах 1 ПП и ССЭ. Причем происходит это с помощью природных явлений: ветер, пыль, дождь, насекомые. В дальнейшем, на всех категориях семенного картофеля, уровень латентной инфекции пектобактерий составляет 102 -103 КОЕ/мл. Проведены эти исследования с непосредственным участием служб сертификации ведущих семеноводческих стран.

Официальных регламентов послеуборочного диагностического тестирования пектолитических бактерий в мире не существует. В пилотном формате служба сертификации семенного картофеля NAK (Нидерланды) в период с 2012 по 2018 годы проводила обязательные послеуборочные тесты на черную ножку. Весь товарный семенной материал классов PB и S был протестирован методом ПЦР.

Цель эксперимента заключалась в том, чтобы помочь фермерам в отборе семян классов PB и S для снижения заболеваемости черной ножкой в процессе репродуцирования. Первоначальные результаты показали корреляции между латентной инфекцией в образце и симптомами черной ножки в полевых условиях в следующем году.  Однако эти корреляции существенно варьировались между различными видами и штаммами бактерий и по годам, в результате чего тест на латентную инфекцию был признан службой сертификации NAK непригодным для целей сертификации.

Инициатором внесения нормативов латентной бактериальной инфекции, причем в абсолютном нулевом количестве, в ГОСТ 33996-2016 по этапу ОС и в приказ Минсельхоза № 246 по этапам ЭС и РС является ФГБНУ «ФИЦ картофеля им. А.Г.Лорха», не занимающийся товарным семеноводством картофеля. Нет публикаций ученых этого научного центра о фактах и возможностях производства семенного картофеля полевых категорий с нулевым содержанием бактерий в латентной форме.

Речь идет не о дремучей некомпетентности разработчиков стандарта, а о сознательном вредительстве российскому семеноводству.  Наличие такого норматива носит провокационный и коррупционный характер, поскольку дискредитирует, деквалифицирует семеноводство картофеля в стране и делает невозможным в принципе получение подтверждающих документов о соответствии семенного материала картофеля требованиям указанных нормативных актов.

Посадка семенного картофеля в районах, свободных от SRP, является еще одним вариантом, позволяющим избежать увеличения интенсивности бактериозов. На этих охраняемых территориях должны быть приняты меры, чтобы избежать интродукции новых видов SRP путем импорта зараженного посадочного материала. Кроме того, он требует проведения интенсивных обследований и эффективной программы ликвидации для предотвращения распространения патогена в случае вспышки

Только свободный от болезней материал для микроразмножения может быть импортирован из-за пределов района, а последующие поколения должны выращиваться на предприятиях, которые не могут использовать семенные клубни вне схемы. В результате, пока Д. Солани не обнаружен на семенном картофеле, выращенном на шотландских полях из семян шотландского происхождения.

Питание влияет на состояние резистентности/переносимости растения и/или вирулентность патогена. Растения с оптимальным питательным статусом обладают самой высокой устойчивостью к болезням, в то время как дефицит или избыток необходимых элементов может привести к повышенной восприимчивости к болезням. Есть публикации, что заболеваемость черной ножкой, вызванная P. atrosepticum, была ниже на полевых участках с относительно высоким запасом азота. Высокое поступление азота способствует развитию черной ножки.

Кальций (Ca) является макроэлементом, улучшающим структурную целостность клеточной мембраны и клеточных компонентов, а также участвует в многочисленных биотических и абиотических сигналах окружающей среды. Содержание Ca в тканях растений положительно коррелирует с резистентностью к SRP. Способ действия ионов кальция против SRP, по-видимому, обусловлен взаимодействием ионов Ca с пектином клеточной стенки, что укрепляет клеточные стенки растений и приводит к более высокой устойчивости к пектинолитическим ферментам, вырабатываемым SRP, которые разрушают клеточную стенку.

Недавнее исследование с использованием нитрата кальция в качестве поправки показало, что подача 250 кг/га (19% Ca) позволила уменьшить симптомы черной ножки в среднем на 20%, а максимум – на 50%. Соответствующие опыты проводили с семенными клубнями, инокулированными смесью Р. atrosepticum, P. brasiliense и D. Дадантий.

В этом исследовании заболеваемость черной ножкой на участках, обогащенных кальцием, оставалась ниже даже через 12 недель после появления. В то время как почва с добавлением кальция, по-видимому, оказывает влияние на выражение симптомов черной ножки и мягкой гнили, обработка семян кальцием не оказала явного влияния на болезнь мягкой гнили. Также следует учитывать, что внесение Ca может способствовать развитию парши обыкновенной.

Когда картофель выращивается для продажи в качестве семенного картофеля, прочистки являются ключевым компонентом в поддержании состояния здоровья. Удаление пораженных черной ножкой растений картофеля рекомендуется процедурами сертификации семян. Борьба с черной ножкой эффективна только в том случае, если физически удаляется все растение, включая материнский клубень, а также клубни-потомки, и принимаются меры по предотвращению контакта пораженной ткани с другими растениями в полевых условиях.

Сорный картофель вырастает из клубней, оставшихся на поле после сбора урожая. В климатических условиях, когда верхний слой почвы промерзает в зимнее время, выживаемость этих растений ограничена, но стала проявляться даже в центральных регионах РФ. Очень важно как можно скорее такие растения удалить с поля, поскольку они могут быть источником инокулята SRP, а также вирусов и фитофторы.

Некоторые из сорняков являются известными хозяевами Pectobacterium и / или Dickeya spp., например, растения семейства Amaranthaceae, Brassicaceae, Fabaceae и Poaceae. Например, Р. atrosepticum был обнаружен в 15% образцов сорняков, собранных на двух картофельных полях в Шотландии, но неизвестно, могут ли растения картофеля заразиться при контакте с зараженными сорняками.

Мусор, оставшийся от предыдущего урожая, не относящегося к картофелю, может представлять угрозу для следующего урожая картофеля. Растения картофеля могут быть заражены остатками других культур, которые являются хозяевами SRP.

Сахарная свекла и подсолнечник являются хозяевами Pectobacterium spp., в то время как морковь и цикорий известны как хозяева для Dickeya и Pectobacterium spp. В качестве меры предосторожности рекомендуется, чтобы эти культуры не использовались в севообороте с картофелем.

Нет доказательств того, что механическое уничтожение ботвы приводит к увеличению загрязнения клубней-потомков при химической десикации. Главное – качественно и своевременно прекратить вегетативный рост, чтобы до уборки сформировалась прочная кожура на клубнях. Для этого необходимо не менее 20 дней после остановки фотосинтеза при нормальной осенней температуре.

Сбор урожая должен быть начат только после полноценного формирования кожуры, так как Pectobacterium spp. не способны повредить перидерму здорового клубня. Толстая, крепкая кожура является лучшей защитой от мягкой гнили при хранении. При сборе урожая и сортировке гнилые клубни должны быть быстро удалены из комбайна и сортировочных машин до их распада и распространения гниющей ткани, так как один гниющий клубень способен загрязнять до 100 кг здоровых клубней.

Эта мера предосторожности должна сочетаться с надлежащей регулировкой машин, чтобы избежать травмирования клубней. Также рекомендуется собирать урожай в сухих условиях и при температуре выше 10 °C, так как низкие температуры увеличивают вероятность появления синяков или трещин на картофеле и, таким образом, способствуют проникновению SRP. Тщательная мойка и дезинфекция техники, используемой для посадки, опрыскивания, уничтожения ботвы, уборки, транспортировки, хранения и предреализационной подготовки, снижают риск занесения бактерий в здоровые партии семян.

Чтобы уменьшить развитие болезни и ее распространение при хранении, необходимо свести к минимуму повреждение клубней при сборе урожая и закладки в хранилище. Гнилые клубни следует удалять перед хранением и упаковкой, при этом грейдеры и транспортеры, буртоукладчики сортировщики регулярно дезинфицируются, а в хранилище соблюдается надлежащая гигиена. SRP попадает в клубни через чечевички, сосудистую ткань и раны.

Эффективное заживление ран и схватывание кожуры уменьшают потенциальное количество точек проникновения бактерий. Оптимальные условия для лечения картофеля варьируются в зависимости от сорта и SRP, но заживление ран при 9 °C в течение примерно 25 дней было оптимальным для уменьшения гниения без ущерба для физиологии клубней.

Картофель следует хранить в хорошо проветриваемых условиях при температуре 3–4 °C, так как мягкая гниль развивается очень медленно при температуре ниже 10 °C. Невентилируемые зоны могут возникать в хранилищах, в которых контролируется средняя температура, относительная влажность и вентиляция.

Такие невентилируемые зоны в насыпи или ящиках могут привести к микроклимату с повышенной температурой, что приводит к конденсации и снижению концентрации кислорода вокруг клубней, создавая благоприятную среду для развития мягкой гнили. Надлежащий контроль температуры, относительной влажности иконцентрации кислорода во всех зонах хранилища снижает инфекционный фон и сводит к минимуму гниение.

Физические методы обработки семенного картофеля, такие как горячая вода, пар, горячий сухой воздух и ультрафиолетовое излучение, являются экологически чистыми и признаны конкурентоспособными по сравнению с биологическими и химическими методами, поскольку они могут быть эффективны против широкого    спектра патогенов и регистрация не требуется.

Однако они могут негативно влиять на всхожесть клубней и воздействовать на полезные микроорганизмы. Обработка семян горячей водой в течение 5 мин (при 55 °C) с последующей сушкой под принудительной вентиляцией привела к эффективной борьбе с черной ножкой в полевых экспериментах.

Широкий спектр химических соединений протестирован для уменьшения инфекции SRP на клубнях или внутри них. Большинство соединений содержат антибиотики (в основном стрептококковый томицин и его деривативы), неорганические и органические соли или их комбинации. В качестве альтернативы антибиотиков, был испытан широкий спектр потенциальных бактерицидов.

Органические соединения, такие как гидроксихинолин и 5-нитро-8-гидроксихинолин, неорганические и органические соли включая алюминий ацетат натрий метабисульфат, пропил- парабен, бензоат натрия, сорбат калия, пропионат кальция, натрий гипохлорид, гидрокарбонат натрия, свинцовый сурик хлорид и медный купорос могут подавлять рост патогенных бактерий.

Доказана и способность дезинфицирующих средств – гипохлорит, медный купорос, пероксиуксусная кислота, перекись водорода, бензойная кислота, тринатрийфосфат и др. снижать концентрацию SRP. Результаты многолетних исследований подтвердили высокую эффективность Фармайода в отношении фитопатогенных бактерий Pectobacterium carotovorum subsp. atroseptica

Коммерческие бактерициды теперь включены в продуктовые линейки всех ведущих производителей средств защиты растений. В основном, это синтетические антибиотики, а также медьсодержащие препараты. Первые обладают лечащим эффектом, но не разрешены к применению на картофеле в РФ. Тем не менее тема антибиотиков активно разрабатывается в направлении синтеза непосредственно полезными бактериями в процессе их применения.

Медные препараты проходят апгрейд, поскольку оказались очень эффективными в решении актуальных проблем защиты от бактерий на всех сельскохозяйственных культурах. Залогом успешной защиты от болезней медью являются два слова – листовое покрытие. Поверхности растений должны иметь полное покрытие медным фунгицидом, чтобы защитить растение от инфекции. Любая растительная поверхность, оставленная без обработки, остается потенциальным очагом заражения болезнями.

Покрытие гораздо важнее, чем фактическое количество меди на поверхности растения. Вот почему важен размер частиц. Ультрамелкие частицы с размером менее одного микрона, обеспечивают большую площадь поверхности, чем альтернативные продукты с более крупными частицами (фото 8). Это позволяет меди в полной мере проявить свой потенциал против грибов и бактерий.

Медные фунгициды различаются по действующему веществу, норме использования, интервалу повторного внесения, интервалу перед сбором урожая, а также количеству меди и стоимости. Количество меди имеет важное значение, так как медь является неорганическим соединением, поэтому она не разлагается, как органические соединения, и, следовательно, медь может накапливаться в почве при интенсивном использовании в течение многих лет. Растения поглощают некоторое количество меди из почвы, потому что она является микроэлементом. Количество действующего вещества в продукте не указывает на количество меди. Металлический медный эквивалент (MCE) является широко используемой мерой количества меди в фунгицидах (таблица ниже). Эта информация указана на этикетке в разделе ингредиентов.

Биологический контроль Pectobacterium и Dickeya spp является очень перспективной стратегией защиты растений от патогенных бактерий во время их роста, а также в условиях послеуборочного хранения становится применение агентов биологического контроля (BCA), либо отдельно, либо в сочетании с физической и/или химической обработкой. Эффективность BCA в отношении SRP обусловлена различными механизмами:

• продукцией противомикробных соединений;
• вмешательством в механизм формирования кворума (QS);
• поддержкой колонизации ниш, занятых SRP, конкуренцией за питательные вещества с сапрофитными микроорганизмами;
• активацией естественной защиты растений путем индуцированной системной резистентности (ISR).

Фитопатогенные бактерии вызывают инфекцию растений и повреждение тканей посредством множества механизмов, включая выработку токсинов, гидролитических ферментов, изменение уровня фитогормонов и других. Поскольку эти факторы вирулентности регулируются у многих бактерий с помощью механизма, зависящего от концентрации клеток, известного как ощущение кворума (QS), вмешательство в него предложено в качестве многообещающей противовирулентной терапии.

Двумя основными механизмами QS-интерференции, описанными на сегодняшний день, являются продукция ингибиторов восприятия кворума (QSI) и ферментативная деградация сигнальных молекул, известная как тушение кворума (QQ). Смысл этой технологии состоит в нейтрализации, а не в уничтожении или подавлении роста патогена.

Поскольку нарушение кворума не влияет на основные бактериальные гены, считается, что он оказывает меньшее селективное давление на развитие устойчивости по сравнению с традиционными методами лечения, основанными на использовании химических пестицидов и антибиотиков.

Установлено, что бактерии из ризосферы растений или эндофиты растений могут успешно защищать ткани растений от SRP.  Многочисленные штаммы бактерий доказали свой антагонистический потенциал по отношению к SRP в искусственных питательных средах, а также в тканях растений в лабораторных условиях. Некоторые препараты протестированы в тепличных/полевых условиях, но пока ни один из них не превратился в коммерческий продукт специально для использования против SRP, поиски ведутся очень широко и целенаправленно.

Среди активных веществ, одобренных или ожидающих одобрения в ЕС в качестве возможных компонентов пестицидной продукции (более 500 веществ), около 100 составляют бактерии, грибы или вирусы, действующие как инсектициды, акарициды, нематициды, фунгициды, бактерициды, элиситоры или дезинфицирующие средства. Среди этих активных веществ на основе микроорганизмов около 30 – бактерии, относящиеся к роду Bacillus.

Растительные бактерии стали применяться с целью подавления вредных бактерий за счет непосредственного выделения антибактериальных веществ. Эти биоагенты показали биологический контроль над мягкой гнилью картофеля путем производства нескольких вторичных антибактериальных метаболитов, включая сидерофоры, антибиотики, литические ферменты и поверхностно-активные вещества.

Метаболиты, вырабатываемые антагонистическими бактериями и грибами, влияют на выживание и вирулентность патогенов путем микопаразитизма, конкуренции, антибиотиков и колонизации ризосферы, уничтожая или повреждая патогены на растениях-хозяевах.  Поскольку такие активные вещества не являются чистыми и однокомпонентными молекулами, не имеют синтетических аналогов, используемых для лечения человека, животных, то риски потери устойчивости как от синтетических антибиотиков снимаются.

Введен новый специальный термин для естественно вырабатываемых полезными микробами антипатогенных веществ термин – пробиотики. В нем превалирует позитивный и полезный смысл, нет ассоциации с возможными проблемами антибиотиков. Пробиотические бактерии – последнее слово в защите от бактериальных болезней, повышении продуктивности и иммунитета растений. Растительные пробиотики обладают огромным потенциалом оздоровления почвы, микробиоты почвы от фитопатогенной нагрузки.

Комплексная оценка всех видов Bacillus с целью выделения разновидностей для поддержания здоровья растений, стимулирования роста растений и борьбы с патогенами, приобретает существенное значение в создании устойчивого сельского хозяйства, способного противостоять глобальным изменениям.

Еще один прогрессивный способ биологической борьбы с бактериальными болезнями – применение бактериофагов. Выявлено, что почти для каждого вида бактерий существует по крайней мере один вирус-бактериофаг, который может специфически инфицировать и в конечном итоге уничтожить эту конкретную группу бактерий. Бактериальное заражение и разрушение происходят чрезвычайно быстро, что делает бактериофаг идеальным для борьбы с растительными патогенами.

От прикрепления фага к бактериальной клетке, в которую он вводит свою собственную ДНК, до сборки нового фага и лизиса клетки, может пройти всего 30 минут. Есть примеры коммерческого использования бактериофагов в странах ЕС. Поскольку как бактерии, так и вирусы быстро видоизменяются, то необходима периодическая корректировка состава препаратов с целью достижения максимальной антибактериальной активности. Впрочем, это актуально для всех биологических средств контроля бактериальных болезней.

Выделено много новых штаммов бактерий и бактериофагов для биологического контроля SRPs. Объединение этих изолятов в многовидовые консорциумы может стать многообещающим подходом к защите от болезней в меняющихся условиях окружающей среды.

Однако до последнего времени не уделялось внимание учету фактических условий, в которых биологические средства должны показывать свою эффективность. Так, полезные виды микроорганизмов должны сохранять активность в условиях гипоксии и не вытесняться патогенами при снижении доступности кислорода, ведь пектобактерии – это анаэробные бактерии.

До сих пор не обнаружено генов, полезных для придания устойчивости коммерческим сортам картофеля к SRP. Тем не менее, растущая доступность геномных данных в сочетании с новыми технологиями селекции, такими как TALEN и CRISPR/CAS 9, позволяют рассчитывать на прогресс в повышении генетической устойчивости.

Ущерб от бактериальных болезней возрастает на всех сельскохозяйственных культурах в связи с происходящим повышением температуры и ливневым характером осадков. На картофеле особенно существенно прогрессируют пектолитические анаэробные патогены, вызывающие черную ножку, стеблевую гниль и мягкую гниль клубней.

Профилактика бактериозов включает тщательную дезинфекцию, использование сертифицированного семенного материала менее восприимчивых сортов, предотвращение переувлажнения и повреждения растений и клубней. Формирование крепкой кожуры и сбор урожая в условиях сухой погоды играет ключевую роль в борьбе с черной ножкой и мягкой гнилью.

Следует своевременно удалять гнилые клубни в процессе уборки, избегать травмирование клубней. Сушка собранных клубней и хранение в хорошо проветриваемых помещениях при низких температурах необходимы для того, чтобы предотвратить распространение SRP и загнивание клубней.

Неоспорим прогресс в разработке новых средств контроля бактериальных болезней. Все ведущие производители средств защиты растений активно пополняют линейку бактерицидов. Новое поколение медьсодержащих препаратов, дезинфицирующих средств отличается высокой эффективностью и экологической безопасностью.

Вместо недоступных в РФ антибиотиков появляется возможность применения микробиологических препаратов с пробиотическими свойствами, которые наиболее перспективны в качестве антагонистов патогенных бактерий.