Спорынья зерновых – серьезная фитосанитарная проблема в России

Спорынья (Claviceps) – род па­ра­зи­ти­ческих гри­бов из от­де­ла аскомицеты. В природе насчитывается около 30 ви­дов, боль­шин­ст­во из ко­то­рых раз­ви­ва­ет­ся на зла­ках. Наи­бо­лее рас­про­стра­не­на С. пур­пур­ная (C. purpurea), осо­бен­но час­то па­ра­зи­ти­рую­щая на ржи, в ко­ло­се ко­то­рой об­ра­зу­ет чёр­но-фио­ле­то­вые рож­ко­вид­ные скле­ро­ции («ро­га­тая рожь»). По­след­ние зи­му­ют в поч­ве или на рас­тительных ос­тат­ках, ку­да по­па­да­ют при убор­ке уро­жая.

Вес­ной про­рас­та­ют в осо­бые об­ра­зо­ва­ния крас­но-оран­же­во­го цве­та – го­лов­ча­тые стро­мы. В них обра­зу­ют­ся пло­до­вые те­ла (пе­ри­те­ции) с ас­кос­по­ра­ми, спо­соб­ны­ми за­ра­жать зла­ки в пе­ри­од цвете­ния. В скле­ро­ци­ях спорыньи со­дер­жат­ся ток­сич­ные для че­ло­ве­ка и жи­вот­ных эр­го­ал­ка­лои­ды (эр­го­та­мин, эр­го­мет­рин и др.). По­пав с пе­ре­мо­ло­тым зер­ном в му­ку и про­дук­ты из неё, мо­гут вы­зы­вать у че­ло­ве­ка эпи­леп­ти­че­ские кон­вуль­сии – «злые кор­чи», ган­гре­ну ко­неч­но­стей – «ан­то­нов огонь». В про­шлом эти бо­лез­ни, впер­вые опи­сан­ные в 10 в., час­то встре­ча­лись в Ев­ро­пе.

Во многих регионах Российской Федерации и прилегающих стран серьёзной фитосанитарной и экологической проблемой становится нарастающее распространение инфекции фитопатогенного гриба Claviceps purpurea (Fr.) Tul. – возбудителя спорыньи. Усиление вредоносности и эпифитотийные ситуации в период проведения исследования (2001-2017 гг.) складывались в Литве и Беларуси.

В СССР, по данным С.С. Санина (2002), масштабное развитие спорыньи отмечалось вначале только в военные и послевоенные годы. В настоящее время эта болезнь распространена повсеместно, но в большей степени в Северо-Западном регионе и центральных районах Нечерноземной полосы.

По многолетним наблюдениям (1998–2018 гг.) ученых ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого» спорынья в условиях Кировской области являлась одной из самых прогрессирующих болезней зерновых культур.

В Приволжском федеральном округе в 2018 г. спорынью на посевах озимой ржи при среднем уровне поражения диагностировали во всех областях и республиках региона. Поражение производственных посевов озимой ржи в Кировской области в среднем по сортам составляло от 0,02 до 1,7%, а в 2017 г. распространение болезни на отдельных полях достигало 5%. Это означает, что 1 м 2 посева содержит от 0,5 до 3,3 растений со склероциями гриба, что чревато существенным превышением допустимого содержания склероций в любых партиях зерна.

По поводу биологической опасности спорыньи бьют тревогу как фитопатологи, так и селекционеры с сельхозтоваропроизводителями, поскольку эта болезнь напрямую влияет на ухудшение качества зерна для пищевых и кормовых целей.

Проявляется болезнь в конце вегетации. Развиваясь в колосе вместо зерна, спорынья формирует склероций, который, попадая в зерно при обмолоте, отравляет зернопродукты, вызывая отравления у человека и животных токсичными алкалоидами. Изучение патогенеза спорыньи показало, что наибольший вред она имеет в районах с большим увлажнением в период цветения растений. Среди культурных видов спорынья поражает, прежде всего, озимую рожь, пшеницу (особенно твердую), тритикале, ячмень, овес, просо, среди злаковых трав – овсяницу, тимофеевку, лисохвост, ежу сборную, костер, мятлик.

По данным отечественных (Пуляевский Р.Ю. , 1996) и зарубежных ученых (Буга С.Ф., Немкович А.И., 1997, Teuteberg A., 1987 Frauenstein K., 1988), около 400 видов растений заражается грибом Claviceps purpurеa. Причем, не имея конкретного растения хозяина, спорынья может передаваться от одних злаковых к другим, от диких видов к культурным. Перекрестноопыляющиеся зерновые культуры, например рожь, а также культуры и сорта с определенным уровнем стерильности (формы на основе ЦМС, отдаленные гибриды) более восприимчивы к заражению спорыньей, так как их цветки остаются открытыми дольше, чем у самоопыляющихся растений. Поэтому рожь и тритикале чаще подвергаются заражению спорыньей, чем пшеница.

Причин для развития спорыньи достаточно много. Принято считать, что распространение её является своеобразным показателем организации производства, культуры земледелия и семеноводства.

Сохранность склероций возбудителя в природе и возобновление патогенеза связано со следующими факторами:

• внедрение минимальных способов обработки почвы;
• короткоротационные зернонасыщенные севообороты или их отсутствие;
• посев свежеубранными семенами;
• отсутствие эффективных зерноочистительных машин и фунгицидов.

Особое опасение представляют земли, вышедшие из сельскохозяйственного оборота. По всей России подобных земель, которые зарастают сорняками, борщевиком, лесом и в целом представляют собой опасные очаги сохранения и размножения вредных для культурных растений насекомых-вредителей, а также грибной, бактериальной и вирусной инфекции, достаточно много.

Как правило, основная часть склероций формируется на недоразвитых стеблях (подгоне), количество которых увеличивается при изреживании стеблестоя в связи с выпреванием и поражением растений снежной плесенью.

Чтобы это доказать специалисты ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого» оценили влияние основных метеорологических факторов на развитие гриба C. purpurea в условиях Кировской области и определили характер вредоносности спорыньи на посевах озимой ржи.

В своем исследовании ученые отмечали, что за последние 20 лет (1998-2017 гг.) гибель озимой ржи после перезимовки в Кировской области изменялась от 3% (2009 г.) до 28% (2001 г.), а в среднем была от 10 до 13%.

Оценку изменений метеорологических условий и их влияние на развитие спорыньи проводили по показателям среднесуточной температуры воздуха и количеству выпавших осадков с 1 по 31 мая (период прорастания склероций) и с 5 по 15 июня (период заражения растений) в месте проведения исследований – центральной зоне Кировской области.

В связи с тем, что спорынья своего максимального развития достигает в период созревании растений, вред, причиняемый ею, заключается в основном в снижении озерненности колоса, крупности и массы зерна с колоса. Эти показатели были проанализированы в зависимости от интенсивности поражения. Для этого были отобраны растения озимой ржи в разной степени, зараженные склероциями спорыньи.

Анализ фитосанитарного состояния посевов озимой ржи показал, что до 1997 г. спорынья на Северо-Востоке Нечерноземья России не считалась экономически значимой болезнью. За последние 20 лет в Кировской области, по данным ФГБУ «Россельхозцентр по Кировской области», было зарегистрированы две сильные эпифитотии (2001 и 2017 гг.) и шесть неэпифитотийных лет (2002, 2003, 2006, 2014, 2015, 2016 гг.). В остальные годы отмечена ситуация умеренного развития болезни (рис. 1)

Ученые ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого» выявили, что усиление поражения посевов до 0,50% и выше происходило в годы, когда количество осадков было на уровне 80–145% от среднемноголетнего значения. Недостаток влаги (21–69% от среднемноголетних данных) существенно ограничивал вначале прорастание перезимовавших склероций, а затем формирование новых на растениях. В ходе корреляционного анализа выявлено избирательное действие погодных факторов на отдельные этапы биологии возбудителя.

Детальный анализ вредоносности спорыньи был проведен на озимой ржи Графит. Установлено, что с увеличением количества склероций в колосе снижалась масса зерна с колоса и количество зерен в нем. Так, если в здоровом колосе число зерен равнялось 89 штук, то наличие уже 3 склероций снижает озерненность до 63 штук.

Оценка многолетней динамики проявления спорыньи в посевах озимой ржи, проводимая учеными ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого», показала, что в условиях Кировской области на жизнеспособность склероций в большей степени влияло количество осадков в мае, чем температура воздуха. Жаркая погода в мае неблагоприятна для прорастания склероций и формирования стром с плодовыми телами и, наоборот, повышение температуры в период заражения растений способствовало распространению спорыньи.

Увеличение количества осадков улучшало процесс прорастания склероций после выхода из физиологического покоя, но в период цветения растений влияние условий увлажнения на прорастание аскоспор и конидий в завязи значительно снизилось. Установлено, что вредоносность спорыньи определяется не столько распространением болезни в посевах, сколько количеством и крупностью склероций в колосе. Это приводит к увеличению засорённости зерновой массы склероциями, а при недостаточной его очистке и семенного материала. У изучаемых сортов озимой ржи очень низкая частота встречаемости непораженных спорыньей растений.

Даже наименьшее значение показателя свидетельствует о высокой восприимчивости изучаемого материала. Однако присутствует значительная дифференциация сортов по признаку зараженности зерна склероциями, поэтому в селекционной работе и мониторинговых исследованиях, особенно в условиях естественных или искусственных эпифитотий, следует отбирать наименее поражаемые сорта, а также необходимо учитывать все иммунологические показатели, поскольку их состояние влияет на уровень природной инфекционной нагрузки.

Прорастанию склероций предшествует действие низкой температуры воздуха -3…+5˚С в течение длительного времени. Так достигается строгая согласованность развития гриба C. purpurea с онтогенезом растения-хозяина. Умеренно тёплые зимние месяцы, с одной стороны, способствуют выживанию гриба, с другой – приводят к гибели растений от выпревания и снежной плесени. Это первый жизненно важный период в биологическом и инфекционном цикле гриба C. purpurea. Весной при температуре +10…+20°С склероции выходят из состояния физиологического покоя и на их поверхности начинают появляться бугорки, которые постепенно вырастают в «ножку» – строму, несущую розоватую плодовую головку с аскоспорами. Это второй период для патогена, обеспечивающий возобновление инфекции в природе, который для многих регионов Поволжья соответствует погоде в мае.

Непосредственно заражение посевов озимой ржи происходит в фазу цветения растений. Это третий период в биологии патогена, важный для формирования склероций и пополнения уровня природной инфекции.

Увеличением зараженности посевов озимых культур спорыньей озабочены не только селекционеры и ученые, но и сельхозтоваропроизводители.

Вред от спорыньи двоякий. С одной стороны, в благоприятные для развития инфекции годы, болезнь наносит огромный вред урожаю зерновых.

Согласно исследованиям белорусских ученых установлено, что в зависимости от гидротермических условий года и интенсивности поражения болезнью, потери урожая могут достигать до 13%. (Буга С.Ф., Немкович А.И., 1997), причем пораженность озимой ржи ежегодно составляет 30 – 100% (Немкович 2005).

Учеными ГНУ «Татарский НИИСХ РАСХН» установлено, что с увеличением количества рожков в колосе отмечается снижение количества зерен в колосе и массы зерна с колоса. Так, если в контрольном варианте без рожков спорыньи число зерен с колоса равнялось 56,9 штук, то в случае 6 и более рожков эта величина составляла всего 29,0 шт., т.е. уменьшилась вдвое (табл.1).

Учеными установлен прямой вред спорыньи на продуктивность колоса озимой ржи. Токсичные свойства спорыньи являются тем самым лимитирующим фактором, который ограничивает использование зараженного зерна в хлебопекарных и фуражных целях.

Важный прием борьбы с болезнью – протравливание семенного материала, которое должно подавлять жизнеспособность склероций путем ингибирования формирования и полноценного развития стром, уменьшения числа плодовых тел (перитеций) и сумок с аскоспорами.

Однако следует учесть, что протравители не защищают растения от аскоспор, летящих с перезимовавших и проросших склероций, и конидий, образующихся в зараженных завязях. В отечественной и зарубежной литературе имеются многочисленные данные об исследованиях биологической эффективности вновь регистрируемых фунгицидов. Так, немецкий ученый K. Frauenstein установил высокую эффективность препарата Байтан-универсал, который подавлял прорастание склероций на 94,4%.

В Литве З.В. Дабкявичюс отметил эффективность фунгицидов Фундазол, ТМТД, Фентиурам и Гранозан.

В Беларуси А. И. Немкович и С. Ф. Буга получили хорошие результаты при использовании комбинированных протравителей Суми 8, Паноктин, Максим и Витавакс 200. Для подавления развития конидиальной стадии гриба они проводили фунгицидные обработки растений озимой ржи в период колошения – цветения препаратами Тилт, Альто супер и Фоликур, что снижало пораженность посевов на 32-49%.

В исследованиях А. З. Хазиева в защите от спорыньи эффективным был биопрепарат Экстрасол. В настоящее время в Списке пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, зарегистрировано всего 5 фунгицидов (Дивиденд Стар, Терция, Примэкс, Кинто Дуо и Винцит Форте), используемых для протравливания семенного материала от спорыньи.

По мнению ученых Федерального аграрного научного центра Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого, в интегрированной защите зерновых культур от этой опасной болезни вопросы эффективности химических мер борьбы пока мало изучены. Актуальность этих исследований вызвана также увеличением количества регистрируемых пестицидов и агрохимикатов, которые могут быть перспективными и в защите от спорыньи. Следует учитывать также, что обработка открыто цветущих зерновых культур химическими препаратами может вызвать ожог завязей. Поэтому для обработки таких растений нужны препараты щадящего действия, в качестве которых можно использовать различные биопрепараты.

Учеными ФАНЦ Северо-Востока было проведено исследование, направленное на поиск новых препаратов, эффективных в защите от склероциальной и конидиальной стадии гриба C. purpurea. В ходе исследования специалисты изучили:

химические фунгициды: Винцит, КС (д.в. флутриафол), Витацит, КС (д.в. тиабендазол + флутриафол), Турион, КЭ (д.в. тритиконазол + имазалил + прохлораз), Алькасар, КС (д.в. дифеноконазол + ципроконазол), Виал Траст, ВСК (д.в. тиабендазол + тебуконазол), Бункер, ВСК и Редут, КС (д.в. тебуконазол), Дивиденд Стар, КС (д.в. дифеноконазол + ципроконазол) и Фундазол, СП (д.в. беномил);

биопрепараты: Алирин Б, ТАБ (Bacillus subtilus, штамм М-10 ВНИИ защиты растений), Гамаир, ТАБ (Bacillus subtilus, штамм М-22), Глиокладин, ТАБ (Trichoderma harzianum, штамм 18), Трихофлор, СП (штаммы Trichoderma viride), Азолен, Ж (Azotobacter vinelandii, штамм ИБ-4), Ризоагрин, Ж (Agrobacterium radiobacter, штамм 204), Флавобактерин, Ж (штаммы Flavobacterium sp.) и Псевдобактерин, СП (Pseudomonas aureofaciens, штамм BS 1393).

Этими препаратами в соответствии с регламентируемой дозой в начале октября обрабатывали склероции, которые затем помещали в небольшие вазоны с дерново-подзолистой среднесуглинистой почвой на глубину 2-4 см и оставляли в естественных условиях зимовки. В начале июня следующего года их извлекали и анализировали жизнеспособность по прорастанию склероций и количеству образовавшихся стром с плодовыми телами. Препаратами обрабатывали по 10-12 склероций, одинаковых по форме и крупности, в 3 повторениях. Каждый препарат изучали в течение 2-4 лет.

В ходе многолетних исследований самая высокая биологическая эффективность выявлена у нового 3-компонентного фунгицида Турион – 90% (табл. 2). Существенно меньшее, чем в контроле, количество проросших склероций отмечали при протравливании их препаратами Бункер, Витацит и Дивидент Стар, биологическая эффективность которых составила 70-80%. При этом количество стром с плодовыми телами было минимальным для опыта и не превышало 6 шт. Половина склероций, обработанных препаратами Фундазол, Алькасар и Редут, сохранила жизнеспособность и проросла. Количество сформировавшихся стром достигало 16 шт. Наименьшая эффективность по способности ингибировать прорастание гриба C. purpurea выявлена у двух фунгицидов: Винцит и Виал Траст: обработанные склероции проросли соответственно на 58 и 70%. На некоторых из них сформировалось до 30 стром с перитециями. Поэтому даже лизис отдельных склероций может компенсировать высокую инфекционную нагрузку аскоспор за счет формирования большого количества плодовых тел на других, отметили специалисты ФАНЦ Северо-Востока.

Оценивая изучаемые фунгициды по биоцидной эффективности действующих веществ, ученые отметили избирательное действие их на жизнеспособность склероций гриба C. purpurea.

Несмотря на одно и то же действующее вещество, антибиотические и ингибирующие свойства препаратов существенно различались. Поэтому работа с фунгицидами носит индивидуальный характер и при выборе препаратов следует ориентироваться прежде всего на торговую марку, избегая контрафактной продукции. Для снижения экологической опасности, обоснования экономической и фитосанитарной целесообразности применения препаратов объектом дальнейших исследований были новые биологические фунгициды и регуляторы роста растений с определенным уровнем антифунгальных свойств.

Среди них биофунгицид Псевдобактерин существенно подавлял жизнеспособность склероций C. purpurea. Их прорастание в среднем за 3 года было на уровне 31% при относительно небольшом количестве стром с плодовыми телами – не более 5. Его биологическая эффективность в среднем за годы исследований составила 69%, что на уровне химических фунгицидов Витацит и Дивидент Стар (табл. 3).

У других препаратов целевой биоконтроль был практически на одном уровне – 50-58%. Из этой тенденции следует исключить препарат Гамаир с относительно низкими антибиотическими свойствами. Его эффективность в среднем за 3 года составила 26%. Таким образом, как и в отношении химических фунгицидов, подтвердилась избирательность биологических фунгицидов в биоконтроле спорыньи. Препараты Алирин Б и Гамаир, действующим веществом которых служат разные штаммы природной бактерии Bacillus subtilis, проявили неоднозначную способность в подавлении жизнеспособности склероций. Следует отметить, что протравливание семян не всегда эффективно, так как доля склероций в семенном материале невелика. Кроме того, распространение спорыньи усиливается за счет вторичной инфекции – конидий S. segetum, обилие которых наблюдается к началу формирования зерна.

По отношению к этому виду инфекции защитные мероприятия отсутствуют. Можно лишь регулировать норму высева, так как в загущенных посевах вследствие контакта здоровых и пораженных колосьев распространение спорыньи увеличивается, а также ограничивать (инсектицидами) количество насекомых, питающихся «медвяной росой» и являющихся переносчиками конидий.

Для их контроля необходима обработка посевов в период вегетации препаратами щадящего действия на основе антибиотических веществ растительного или микробного происхождения.

Таким образом, химические препараты Турион, Бункер, Витацит, Дивидент Стар и биологический биофунгицид Псевдобактерин можно использовать в контроле спорыньи зерновых культур при предпосевной обработке семенного материала.

Одна из эффективных профилактических мер борьбы со спорыньёй ученые НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии называют глубокую вспашку. В этом случае стромы склероций не достигают поверхности почвы и не участвуют в патогенезе. Однако при последующих обработках часть из них может перемещаться в верхние слои почвы и представлять потенциальную опасность. В результате исследований установлено, что склероции сохраняют 100%-ную жизнеспособность не зависимо от глубины заделки в почву (табл. 4).

Одними из основных мер борьбы со спорыньей, по мнению ученых ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока, являются:

• введение правильных севооборотов;
• лущение стерни;
• глубокая зяблевая вспашка;
• тщательная очистка семян от рожков и протравливание;
• уничтожение сорняков;
• подбор сортов с кратким периодом цветения;
• отдельная уборка хлебов с краевых зон поля, поражающихся сильнее.

Однако по мере заглубления количество образовавшихся стром с плодовыми телами уменьшалось, что снижало потенциальную инфекционную нагрузку. На глубине 2…6 см на одной склероции формировалось в среднем по 10,3 головчатых стром; 10…20 см – 5,6 шт. Такая тенденция сохранялась независимо от уровня влажности почвы, которая в большей степени влияла на общее количество стром на одной склероции, чем на способность их к прорастанию. Например, в 2012 г. при высокой влажности почвы количество стром у анализируемых склероций изменялось от 2 до 44 шт., а в засушливом 2013 г. – от 2 до 28 шт. Несмотря на высокую жизнеспособность склероций во всех уровнях пахотного горизонта, на дерновоподзолистой среднесуглинистой почве достигают поверхности и участвуют в патогенезе только те из них, которые находятся на глубине не более 10 см. Стромы склероций с глубины 8…10 см достигают поверхности почвы на 2…3 дн. позднее, чем расположенные выше. В этом случае аскоспоры, образующиеся в перитециях, инфицируют позднеспелые сорта ржи или отдельные растения, отстающие в росте и развитии.

Высокая жизнеспособность склероций спорыньи в горизонте почвы до 20 см обусловливает необходимость их глубокой заделки (не менее 10 см). В этом случае они не достигают поверхности, а сформировавшиеся плодовые тела с аскоспорами не участвуют в патогенезе. Инфекционная нагрузка спорыньи может быть значительно снижена при использовании для посева семян из переходящего фонда, так как жизнеспособность склероций после одного года хранения не превышает 10%, - сделали вывод ученые НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии.

Список литературы находится в редакции портала.