Грибы рода Fusarium на зерне пшеницы в Западной Сибири

Мониторинг патогенов яровой пшеницы в течение последних 10-15 лет свидетельствует о постепенных изменениях численности популяций патогенов, характера и размеров экологических ниш, смене доминирующих видов в сообществах, о появлении ранее не встречавшихся, повышении вирулентности и агрессивности до этого малопатогенных групп организмов [4, 10, 11]. Так, в Западной Сибири и Зауралье, начиная с 2007-2008 гг., произошла смена доминирующих фитопатогенов на подземных органах пшеницы, в результате которой грибы р. Fusarium заняли преобладающее положение над ранее доминировавшим Bipolaris sorokiniana Sacc. Shoem. Среди факторов, обеспечивших доминирование фузариевых грибов в патокомплексе корневых гнилей зерновых культур, следует отметить усиление засушливости климата, минимизацию обработки почвы, ежегодное протравливание семян триазольными препаратами, снижение супрессивности почвы к грибам р. Fusarium, засоренность почв семенами сорняков [9]. 

Экологические ниши фузариевых фитопатогенов включают не только подземные, но и генеративные органы растений, которые они заражают при благоприятных гидротермических условиях. Заражение колоса может происходить по сосудам или воздушно-капельным путем [8]. Интенсивность заражения определяется рядом абиотических и биотических факторов, среди которых существенную роль играют сортовые особенности культуры, фитосанитарное состояние почвы, конкуренция с другими фитопатогенами, погодные условия [1, 3, 9]. 

При заражении фузариевыми грибами продовольственного зерна главной опасностью становится способность возбудителей фузариозов синтезировать микотоксины [6, 7], крайне опасные для здоровья человека и животных. Среди них — зеараленон и трихотеценовые микотоксины. Употребление загрязненных ими продуктов вызывает серьезные заболевания у человека и животных [5]. 

Токсинообразующие виды и расы грибов р. Fusarium больше приурочены к теплым и влажным регионам. Так, стойкие популяции вида F. graminearum существуют в Приморском крае и на Северном Кавказе, откуда в период локальных погодных изменений происходит периодическое расселение патогена с семенами или воздушными течениями на новые участки, где складываются благоприятные для него климатические условия. Так, например, на северо-западе России F. graminearum отмечают с 2003 г. Возможно, потепление климата, особенно в зимние месяцы, способствовало выживанию этого вида на новых территориях, или же произошла его адаптация к более холодным условиям обитания [2]. 

Ежегодный анализ в период 2012-2018 гг. фитосанитарного состояния семян яровой пшеницы из Новосибирской, Томской, Кемеровской, Тюменской областей, Алтайского и Красноярского краев методом влажных рулонов по ГОСТ 12044-93 показал, что все партии зерна в той или иной степени инфицированы грибами р. Fusarium, причем зараженность отдельных партий была катастрофической — 60-70% и более, многократно превышая порог вредоносности (10%), что соответствовало уровню сильной эпифитотии. 

Из семян яровой пшеницы выделяли следующие виды фузариевых грибов (представлены в порядке убывания частоты встречаемости): F. sporotrichioides, F. poae, F. equiseti, F. oxysporum, F. culmorum, F. solani, F. avenaceum, F. incarnatum, F. heterosporum. Единично в образцах зерна встречались также F. acuminatum, F. subglutinans и др. 

Зараженность семенного зерна фузариевыми грибами снижала его фитосанитарные и посевные качества. По данным 2012-2017 гг., коэффициенты корреляции между зараженностью семян грибами р. Fusarium и распространением корневой гнили проростков в рулонах составили за указанный период r = 0,511-0,615 и были достоверны на 1% уровне значимости. 

Передача грибов р. Fusarium с семенами способствовала формированию новых очагов фитопатогенов в почве или усугубляла ситуацию с уже существующими, приводила к замедлению ростовых процессов у проростков и всходов, изреживанию их за счет активного начала эпифитотического процесса корневых гнилей с первых дней вегетации растений. Применение протравителей семян не обеспечивало радикального оздоровления растений из-за низкой чувствительности фузариевых грибов к фунгицидам и высокой заселенности ими зональных почв, достигающей 7 ЭПВ и более [9]. 

Максимальный уровень инфицирования колосьев фузариевыми грибами отмечали на фоне высоких температур (на 3-5 °С выше среднемноголетних в последнюю декаду июля и в августе) и обильных осадков. Коэффициенты корреляции степени инфицирования зерна пшеницы грибами р. Fusarium и суммы осадков за август в среднем за 2012-2015 гг. составили 0,721-0,869. 

Инфицированные фузариевыми грибами колосья яровой пшеницы в большинстве случаев имели нормальный вид, но периодически отмечались симптомы «белоколосости», при избыточном увлажнении колосья покрывались розоватым мицелием. 

В последние 3-5 лет в связи с умеренными зимними температурами значительно расширились площади под озимой пшеницей во всех регионах Сибири, по экспертным оценкам, в настоящее время они составляют 300-320 тыс. га. Наряду с сортами сибирской селекции (Зимушка, Метелица, Жатва Алтая, Сибирская нива, Новосибирская 51, Новосибирская 40 и др.) здесь достаточно широко возделываются и европейские сорта, в частности, Скипетр. Нередки на полях Сибири и немецкие сорта озимой пшеницы, например, Торрилд и Скаген. 

В последние годы в агроценозах озимых культур в регионах Сибири стали проявляться типичные симптомы фузариоза колоса. Пораженные колосья, их части или отдельные колоски сначала светлеют, затем приобретают красно-коричневый оттенок. Очаги «типичного» фузариоза колоса были отмечены в Алтайском крае, Новосибирской, Омской, Тюменской и Кемеровской областях, в Красноярском крае. Площади очагов поражения колоса пока не велики, и распространенность болезни можно считать умеренной, не превышающей 15%. 

Выделение в чистые культуры и анализ фитопатогенов из колосьев с типичными симптомами фузариоза показали наличие комплекса видов р. Fusarium, в который входил и F. graminearum, ранее не встречавшийся на территории Сибири [2]. Микромицет формирует типичные по морфологическим признакам колонии и макроконидии. Исследование грибных изолятов из колосьев с симптомами фузариоза методом ПЦР в реальном времени подтвердило их вероятную принадлежность к F. graminearum. Генетический анализ свидетельствует о высокой вероятности заноса этого вида из европейской части Российской Федерации или Западной Европы с семенами озимых культур. Погодные условия Западной Сибири последних лет, по-видимому, оказались в пределах адаптационных возможностей F. graminearum, и велика вероятность образования сибирской популяции этого чрезвычайно опасного фитопатогена. 

Одним из доказательств резкого обострения проблемы фузариоза колоса в Уральском и Сибирском регионах стал анализ продовольственного зерна урожая 2017 г. на содержание фузариотоксинов. Содержание микотоксинов в зерне определяли методом непрямого конкурентного иммуноферментного анализа (ИФА) с чувствительностью 4 мкг/кг (Т-2 токсин), 20 мкг/кг (зеараленон), 50 мкг/кг (дезоксиниваленол) в соответствии с «Наставлениями по применению тест-систем», утвержденными Департаментом ветеринарии Минсельхоза России 11.07.2002 г., ГОСТ Р 52471-2005 и ГОСТ 31653-2012. Выборочная оценка 35 партий зерна пшеницы и ячменя из Новосибирской, Омской, Тюменской, Челябинской областей и одного района Красноярского края на наличие в них трех опасных микотоксинов (Т-2, дезоксиниваленола и зеараленона) показала их присутствие в 19 случаях. 

По результатам проведенных исследований микотоксин Т-2 был обнаружен в 54,3% проанализированных партий зерна. Его предельно допустимые концентрации (ПДК) в зерне пшеницы составляют 100 мкг/кг (Регламент Таможенного союза ТР ТС 015/2011 с изменениями на 15.09.2017). Превышение ПДК Т-2 токсина отмечено в Исетском районе Тюменской области (в 2,3 раза) и в Каратузском районе Красноярского края (в 1,8 раза). Микотоксин дезоксиниваленол (ДОН) обнаруживали в 22,9% партий и также чаще всего определяли в зерне из Тюменской области и Красноярского края. ПДК ДОН составляет 700 мкг/кг для пшеницы, превышение в 1,7 раза выявлено в зерне пшеницы из Исетского района Тюменской области, в 1,5-4,7 раза в партиях зерна пшеницы из Каратузского района Красноярского края. Микотоксин зеараленон отмечен только в зерне пшеницы из Красноярского края, и его содержание не превышало ПДК (ПДК = 1000 мкг/кг). Систематический массовый контроль содержания микотоксинов в продовольственном зерне в условиях Сибирского региона практически не проводится, и выявленная проблема пока, к сожалению, не имеет перспектив решения в ближайшее время. 

Для ограничения инфицирования семян яровой и озимой пшеницы грибами р. Fusarium и снижения опасности загрязнения зерна микотоксинами следует проводить комплекс мероприятий, включающий как агротехнические, так и оперативные методы защиты растений. 

Учитывая, что стартовой площадкой фузариозов является почва, где патогены могут длительное время (до 15 лет) сохраняться в форме хламидоспор, склероциев и других покоящихся структур, следует, прежде всего, создать условия для повышения супрессивности и оздоровления почвы. Следует повышать биологическое разнообразие культур в севооборотах, исключая повторное возделывание зерновых культур, вносить полные нормы органических и минеральных удобрений, обеспечивать условия для разложения инфицированных растительных остатков путем их тщательной запашки и (или) обработки биопрепаратами. Для ограничения передачи фитопатогенов с семенами следует вести тщательный фитосанитарный контроль ввозимых семян, их протравливание максимальными рекомендуемыми нормами расхода препаратов и выбраковку сильно (более 30%) зараженных партий. Для столь опасных фитопатогенов, какими являются возбудители фузариоза колоса, применение контактных и биологических препаратов нецелесообразно. Следует выбирать системные химические препараты, специально или в значительной мере нацеленные против фузариевых грибов, например, содержащие такое действующее вещество, как флудиоксонил (Максим Плюс, Максим Форте). Для предотвращения контаминации зерна токсинами важно соблюдать режим его хранения, в частности, влажность не должна превышать критического значения — 14%. Если условия вегетации способствуют заражению колоса грибами р. Fusarium, то есть при высоких температурах, превышающих на 3-5 °С средние многолетние данные последней декады июля и всего августа, сопровождающихся обильными осадками, следует проводить обработку посевов фунгицидами, например, препаратом Осирис (эпоксиконазол + метконазол) в фазе колошения. Требуется наладить обязательный токсикологический контроль зерновой продукции, особенно предназначенной на продовольственные и кормовые цели, анализ зерна и муки на наличие микотоксинов в сертифицированных лабораториях.

1. Аблова И.Б., Беспалова Л.А., Колесников Ф.А. и др. Принципы и методы селекции пшеницы на устойчивость к болезням в КНИИСХ имени П.П. Лукьяненко // Зерновое хозяйство России, 2016, № 5, с. 32-36.
2. Гагкаева Т.Ю., Гаврилова О.П., Левитин М.М. Биоразнообразие и ареалы основных токсинопродуцирующих грибов рода Fusarium // Биосфера, 2014, т. 6, № 1, с. 36-45.
3. Казакова О.А., Торопова Е.Ю., Воробьева И.Г. Взаимоотношения фитопатогенов семян ячменя в Западной Сибири // АПК России, 2016, т. 23, № 5, с. 931-934.
4. Левитин М.М. Микроорганизмы в условиях глобального изменения климата // Сельскохозяйственная биология, 2015, т. 50, № 5, с. 641-647.
5. Мазыгула Е.Д., Харламова М.Д. Оценка токсичности и экологической опасности сырья и кормов, содержащих микотоксины // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности, 2015, № 1, с. 50-56.
6. Монастырский О.А. Микотоксины — глобальная проблема безопасности продуктов питания и кормов // Агрохимия, 2016, № 6, с. 67-71.
7. Соколова Г.Д. Внутривидовое разнообразие фитопатогенного гриба Fusarium graminearum // Микология и фитопатология, 2015, № 2 (49), с. 71-79.
8. Торопова Е.Ю., Стецов Г.Я., Чулкина В.А. Эпифитотиология. — Новосибирск, 2011, 711 с.
9. Торопова Е.Ю., Селюк М.П., Казакова О.А. Факторы доминирования грибов рода Fusarium в патокомплексе корневых гнилей зерновых культур // Агрохимия, 2018, № 5, с. 73-82.
10. Magan N., Medina A., Aldred D. Possible climate-change effects on mycotoxin contamination of food crops pre and post harvest // Plant Pathol., 2011, v. 60, № 1, рр. 150-163.
11. Garrett K.A., Dendy S.P., Frank E.E. et al. Climate change effects ok plant disease: genomes to ecosystems // Ann. Rev. Phytopathol., 2006, v. 44, pp. 489-509.