Фитофтороз томата: современное положение, проблемы и возможные решения

В связи со сложившейся фитосанитарной ситуацией, необходимо охарактеризовать изменения, обнаруженные в последние годы для фитофтороза томата.

Материалы и методы. Вредоносность фитофтороза на томате оценивали путем анализа специальной литературы (отчетов профильных институтов и региональных станций защиты растений), а также опроса агрономов, фермеров и опытных дачников из различных областей России. Анализ фитосанитарного риска (АФР) возникновения эпифитотии на картофеле, вызванной штаммами P. infestans с томата, в условиях Московской области проводился по методу С.С. Ижевского (Ижевский, 2003) с изменениями, позволяющими использовать эту энтомологическую карантинную методику в фитопатологии.

Результаты. Распространенность болезни в частных огородах, плантациях открытого грунта и небольших пленочных теплицах достигает 70–100% уже через 2–3 недели после появления первых признаков фитофтороза. Во многом этому способствуют грубейшие нарушения агротехники – такие как складывание пораженных растительных остатков в кучи и многолетнее выращивание томата на одном месте.

В случае, когда к пораженным фитофторозом посадкам томата непосредственно примыкали участки с картофелем, именно здесь на последних появлялись очаги фитофтороза. В крупных теплицах на территории Москвы и Московской области также наблюдались значительные отдельные вспышки фитофтороза. В некоторых хозяйствах, производящих семена и рассаду томата (в Ярославской области), были отмечены случаи поражения рассады, рекомендованной к реализации и высадке.

Более раннее проявление фитофтороза на томате и его разрушительный характер зарегистрировали в Тверской, Ярославской, Московской, Калужской, Рязанской и Пензенской областях. Но в более южных регионах фитофтороз не приводит к серьезным последствиям. Для Астраханской области фитофтороз томата не характерен.

Изоляты из пяти популяций, отличающихся по обработкам фунгицидами и наличием ооспор, проверили на устойчивость к фунгицидам. Для этого в лабораторных условиях на овсяном агаре определили концентрации фунгицидов, сдерживающие рост изолятов (табл. 11).

Таблица 11. Отношение штаммов из различных полевых популяций к фунгицидам Ридомил, Ширлан и Амистар в зависимости от обработки фунгицидом и образования ооспор

¹ R – устойчивые к ридомилу штаммы, для которых сдерживающей концентрации в

исследуемом диапазоне выявлено не было.

Оказалось, что изоляты, собранные после обработки Ридомилом-МЦ и Амистаром, были более устойчивы к фунгицидам, чем собранные с необработанного контроля. В варианте с Ширланом проявилась обратная закономерность. В вариантах из Рузского района устойчивость ко всем фунгицидам была еще выше. Так, наибольшая сдерживающая концентрация по Ширлану была выявлена для изолятов с листьев картофеля, по Амистару – с листьев томата, по Ридомилу – с плодов томата.

Есть все основания полагать, что в Рузском районе популяция P. infestans с томата мигрировала на картофель, сохранив способность к образованию ооспор. В результате в этой агросистеме сформировалась очень жизнеспособная популяция возбудителя, толерантная к различным внешним воздействиям.

Обсуждение результатов. Отмеченные факты свидетельствуют о том, что в ряде областей России на томате сложилось крайне неблагополучное фитосанитарное положение. Существующие рекомендации и меры защиты против фитофтороза томата (Филиппова, 1969; Гуркина, 2005) недостаточно эффективны против этих изменений.

В томатных популяциях P. infestans, против которых не применяли фунгицидных обработок, но с образованием ооспор уровень устойчивости к новым фунгицидам оказался сравнимым и даже несколько превышающим аналогичный уровень в бесполых популяциях P. infestans, против которых проводили обработки (табл 11). Столь контрастных различий между географически различными преимущественно бесполыми популяциями P. infestans, против которых не проводили обработки, в предшествующем исследовании не обнаружили (Троицкая, 2007). Однако доказано, что при скрещиваниях между изолятами P. infestans с разной степенью устойчивости к металаксилу часть потомков повышает уровень устойчивости по сравнению с родительскими изолятами (Knapova et al., 2002).

Перенос дрозофилами зооспорангиев P. infestans может значительно ускорять ход фитофтороза на томате (глава 9). Кроме того, он повышает вероятность контакта между мицелиями разных типов спаривания.

Небольшие по численности, томатные популяции патогена представляют собой мощный источник изменчивости и могут оказывать влияние на популяционную структуру вида P. infestans в целом.

Интенсивность образования ооспор в плодах томата можно сравнивать с ситуацией, сложившейся в долине Толука на картофеле и диких пасленах (Flier et al., 2001). Плоды томата, богатые фосфолипидными соединениями, представляют собой среду, подходящую для полового процесса P. infestans. Это объясняет ранние поражения томата фитофторозом, а также довольно тревожные сообщения из Бельгии о корневой гнили томата, вызываемой P. infestans (Lievens et al., 2004).

Проведенные нами эксперименты по агрессивности логически указывают на две возможности преодоления полевой устойчивости картофеля (рис. 12).

Первая возможность связана с попаданием томатных штаммов на небольшие делянки картофеля с восприимчивыми сортами, увеличением в количестве и усилением агрессивности. То, что изоляты с томата могут быть эффективны при заражении картофеля, было доказано в лабораторных опытах (Müller, 1936; Mills, Peterson, 1952; Лаврова, 2004).

Вторая возможность связана с томатными штаммами, исходно агрессивными по отношению к устойчивым сортам картофеля. Возможность избирательного заражения устойчивых сортов высоко агрессивными изолятами P. infestans доказана в Шотландии посредством использования маркеров SSR (Lees et al., 2007).

Представляет интерес выявленная деталь, что многие из исследованных нами агрессивных к сорту Луговской изолятов P. infestans характеризовались способностью к прямому прорастанию зооспорангиев при температуре 25^о С. Эта температура оптимальна для прорастания зооспорангиев (Harrison, 1992), хотя этот признак может быть штаммоспецифичным (глава 4). Данное обстоятельство свидетельствует о том, что значительная способность зооспорангиев прорастать при 25^о С может повышать вероятность поражения фитофторозом устойчивых сортов картофеля.

Возможность заражения картофеля непосредственно томатными штаммами зарегистрирована посредством молекулярно-генетического анализа в предшествующем американском исследовании (Legard, Fry, 1995). В нашем исследовании (в рамках данной главы) молекулярно-генетический анализ не проводили. Но с учетом предшествующих данных наши полевые наблюдения и сравнительные результаты по агрессивности к картофелю и томату исследованных картофельных и томатных изолятов P. infestans (глава 4) – это сильное косвенное свидетельсво способности к преодолению полевой устойчивости сортов картофеля томатными штаммами P. infestans в условиях Московской области.

Высокий уровень опасности ситуации на томате в связи с его поражением фитофторозом связан еще и с частым образованием ооспор. И предшествующие, и наши исследования показали, что томат – серьезный источник сохранения и возобновления популяций возбудителя, в случае непосредственной территориальной близости посадок томата и картофеля представляющий угрозу и для последнего.

Анализ фитосанитарного риска показал опасность ситуации как для томата, так и для картофеля в условиях Московской области. Основной причиной сложившейся в связи с пораженаемостью фитофторозом ситуации на томате стало его масштабное выращивание в холодном климате. В таких условиях все сорта томата (в том числе и скороспелки) демонстрировали низкий уровень устойчивости к фитофторозу (Дементьева, 1970).

Помимо рассмотренной нами ситуации, есть много и других примеров, когда продвижение культуры в регион с климатическими условиями, отличающимися от основного ареала, приводило к аналогичным последствиям (Горленко, 1975). Все это позволяет сформулировать общую концепцию. Она заключается в следующем. При длительном сосуществовании неприспособленного интродуцированного восприимчивого вида растения-хозяина (в нашем случае – томат) и местного (приспособленного к своему ареалу, как в нашем случае, успешно адаптированного интродуцента картофеля) относительно устойчивого к опасному заболеванию вида растения-хозяина может произойти эрозия устойчивости местного приспособленного вида к данному заболеванию. Перечислим необходимые условия эрозии устойчивости местного сорта или вида растения-хозяина.

1. Высокий уровень родства (сходства) между неприспособленным интродуцированным восприимчивым видом и местным приспособленным (в том числе и успешно адаптированным интродуцентом) видом растений-хозяев.

2. Снижение или сохранение на низком уровне иммунитета вида или сорта неприспособленного интродуцированного восприимчивого вида в новых нетипичных для него условиях произрастания, его существование – только благодаря поддержке человека.

3. Произрастание неприспособленного интродуцированного восприимчивого вида и местного (в том числе и успешно адаптированного интродуцента) вида растений-хозяев близко друг от друга.

Высокий уровень родства (сходства) между интродуцированным неприспособленным восприимчивым и местным приспособленным видами растений-хозяев имеет принципиальное значение в случае общей болезни, вызываемой облигатным паразитом или факультативным сапротрофом с узкой или промежуточной специализацией. Эпифитотийная ситуация на местном растении-хозяине может реализоваться в четыре этапа (рис. 13).

На первом этапе паразит переходит с местного приспособленного растения на неприспособленное восприимчивое растение-интродуцент.

В рассматриваемой патосистеме этот процесс шел в течение с 1840‑ых годов по 1940‑ые годы на томате, сначала свободном от P. infestans, а потом начавшем поражаться ею.

На втором этапе происходит мощное развитие патогена на неприспособленном восприимчивом интродуценте. В отдельные годы на последнем развиваются эпифитотии.

В рассматриваемой патосистеме этот процесс шел на томате в течение с 1950‑ых годов по 1990‑ые годы.

На третьем этапе эпифитотии на неприспособленном восприимчивом растении-интродуценте становятся реальными. Этому могут способствовать нарушения агротехники, климатические факторы. Штаммы патогена с неприспособленного восприимчивого растения-интродуцента могут довольно активно заражать местное приспособленное растение. На местном приспособленном растении нарастает эрозия устойчивости и возникает предэфитотийная ситуация.

В рассматриваемой патосистеме этот процесс шел с конца 1990‑ых годов по настоящее время. В средней полосе России ему способствовало последовательное выращивание томата в условиях холодного климата и перенос зооспорангиев с ветром, потоками воды, а также плодовыми мушками.

На четвертом этапе на местном приспособленном растении наступает жесткая эпифитотия. Его устойчивость преодолена. Потери достигают 80–100%, что может иметь большое экономическое значение. Защита возможна только при жестком использовании химического метода.

В рассматриваемой патосистеме без кардинальных изменений в подходе к защите томата и картофеля от фитофтороза этот сценарий может быть реализован с вероятностью 40–60% через 5–20 лет.

Стойкость неприспособленного восприимчивого растения-интродуцента к местным патогенам будет зависеть от эффективности и быстроты акклиматизации, а также вирулентности и агрессивности местных патогенов. Для родственных видов растений-хозяев имеет смысл составлять ряды патогенов, в том числе и общих для них, наподобие гомологических рядов Н.И. Вавилова. Все это актуально для России при направлении акклиматизации культур (возможно, даже на сортовом уровне) в северном направлении.

Искусственная поддержка неприспособленных восприимчивых растений-интродуцентов может усугубить положение в агроценозах. В естественных сообществах эта проблема бы не возникла, так как неприспособленные восприимчивые растения-интродуценты не перенесли эпифитотию. Рассмотренный принцип развития эпифитотий может представлять интерес для карантина растений при проведении АФР.

Возможная роль дрозофил в патосистеме «томат – P. infestans »

Дрозофил очень часто можно видеть на томатах, пораженных фитофторозом. Мы предположили, что дрозофилы могут переносить инфекционные структуры P. infestans (Кузнецов, 2005; 2006; Кузнецов и др., 2006; Смирнов, Кузнецов, 2006). Эксперименты организовали таким образом, чтобы проверить возможность контактного и алиментарного способов переноса бесполых и половых структур P. infestans дрозофилами.

Материалы и методы. Дрозофил линии дикого типа Canton-S выращивали на агаризованной среде. Для получения зооспорангиев использовали 3‑недельные колонии изолятов P. infestans ВалС13 и ВалС15 (Новгородская область, из коллекции РГАУ-МСХА) на ржано-овощном агаре (Caten, Jinks, 1968). Для получения ооспор на ржано-овощном агаре скрещивали изоляты из коллекции РГАУ-МСХА P. infestans T25 (А1, Тульская область) и 2/20 (А2, Белоруссия). Для проверки возможности заражения зооспорангиями и / или ооспорами P. infestans использовали ломтики клубней картофеля сорта Сантэ. Методы рассмотрены в работе А.Н. Смирнова и С.А. Кузнецова (Смирнов, Кузнецов, 2006).

Результаты. В результате лабораторных модельных опытов доказали контактный способ переноса зооспорангиев.

Алиментарный способ переноса зооспорангиев дрозофилами подтвердить не удалось. Возможность переноса ооспор (за исключением единичных ооспор самой маленькой их фракции – до 20 µм) также не подтвердилась.

Обсуждение результатов. Возможная роль дрозофилы в патосистеме «томат – P. infestans »в открытом грунте. Часто встречаясь на томатных посадках, дрозофилы способны находить плоды томата с микротрещинами. Если хотя бы часть мушек ранее уже контактировала со спороношением на пораженных плодах, то создается возможность эффективного переноса вторичной инфекции от больных плодов к еще непораженным. Такой способ распространения фитофтороза на томате может быть сравнимым с традиционными способами распространения – воздушными токами и капельно-жидкой влагой (Новотельнова, 1974).

Дрозофилы могут преодолевать довольно большие расстояния, перенося при этом зооспорангии. Этому способствует тот факт, что температурные оптимумы развития этих двух организмов перекрываются.

Мы не исключаем того, что и некоторые другие насекомые, встречающиеся на томате, могут сходным образом переносить инфекционные структуры P. infestans. Возможно, в определенных ситуациях их ограничение поможет снизить опасность фитофтороза.

Заключение

Посредством разработанной нами методологии можно анализировать соотношение бесполой и половой стадий, а также жизнеспособность и агрессивность конкретных полевых популяций P. infestans. Это представляет интерес как для последующих научных исследований, так и для решения текущих практических задач.

К примеру, наша работа, в целом, не выявила существенных преимуществ А2 или А1 по агрессивности и вирулентности (последнюю изучали преимущественно в предшествующих исследованиях). Мы полагаем, что А2 может быть своеобразным биологическим резервом P. infestans. В стрессовых ситуациях его частота возрастает, причем многие изоляты А2 характеризуются сбалансированностью по показателям жизнеспособности и устойчивостью к стрессовому фактору. Далее через скрещивания эти соответствующие гены в виде эффективных аллельных комбинаций передаются к А1.

Кроме того, наше исследование еще раз показало всю остроту ситуации, складывающейся с применением фунгицидов против фитофтороза картофеля и томата. Популяции P. infestans способны активно приспосабливаться не только к системным, но и к контактным препаратам. Мы полагаем, что на фоне применения фениламидов оказались эффективными и миграционные, и внутрипопуляционные процессы, ведущие к замене генотипов в 1990‑ые годы. В этой связи все более очевидной становится необходимость использовать сорта картофеля с горизонтальной устойчивостью против фитофтороза.

Выводы

1. Сравнительное изучение прорастания зооспорангиев изолятов P. infestans российского и мексиканского происхождления выявило следующее. Большинство исследованных изолятов P. infestans характеризовались довольно высокими показателями непрямого прорастания зооспорангиев при температуре 7^о С. У большинства мексиканских штаммов P. infestans прорастание зооспорангиев было выше при 25^о, чем при 20^о С. Напротив, у большинства исследованных российских изолятов P. infestans оно было выше при 20^о по сравнению с 25^о С. Показано, что температура, оптимальная для прорастания зооспорангиев – штаммоспецифичный признак.

2. И в российских, и в мексиканских популяциях P. infestans был выявлен широкий спектр изолятов по всем компонентам агрессивности. Агрессивность на восприимчивом сорте Сантэ в значительной степени определялась способностью к образованию зооспор при 5^оС. Напротив, многие из штаммов, агрессивных к среднеустойчивому сорту Луговской, характеризовались высокой способностью к прямому прорастанию зооспорангиев при 25^о С. Это свидетельствует о том, что способность зооспорангиев к прямому прорастанию может повышать вероятность поражения фитофторозом устойчивых сортов картофеля.

3. В Мексике, между штаммами P. infestans с характеристиками «старого» и «нового» типов (А1 Gpi 86/100 и A1 Gpi 100/100 соответственно) существенных различий по агрессивности выявлено не было. Соответственно, в условиях Мексики мы не получили свидетельств того, что штаммы с «новыми» генотипами могли вытеснить штаммы со «старыми» генотипами благодаря преимуществам в агрессивности.

4. Обследование 90 полевых популяций P. infestans в листьях картофеля (около 4000 образцов), а также листьях и плодах томата в 1997–2007 г. показало, что максимальное количество ооспор образовывалось в плодах томата. Часть популяций P. infestans в плодах томата сочетали бесполое размножение и половой процесс, другие были бесполыми. В листьях томата и картофеля ооспоры также встречались, но, за отдельными исключениями, значительно реже. Популяции P. infestans в ботве растений-хозяев были преимущественно бесполыми. В клубнях картофеля выявили лишь единичные ооспоры.

5. Ооспоры P. infestans характеризовались значительной морфологической изменчивостью. По таким критериям как размер, толщина стенки, наличие антеридия и форма оогония выявили около 50 их морфологических типов. Некоторые обнаруженные морфологические типы ооспор напоминали ооспоры других фитофтор, а также пероноспоровых псевдогрибов. Были выявлены и различные стадии развития ооспор.

6. В ботве картофеля и томата образовывались в основном ооспоры негибридного происхождения, а в плодах томата – как гибридного, так и негибридного. Инфекционное значение ооспор определяются их происхождением и влиянием внешних факторов.

- Гибридные ооспоры типичной морфологии обладают высокой жизнеспособностью. Однако они почти не способны к непосредственному прорастанию. Для эффективного инфицирования растений-хозяев им нужен период покоя и воздействие внешних факторов.

- Ооспоры от самооплодотворения в природе образуются благодаря влиянию внешних факторов. Жизнеспособность ооспор от самооплодотворения – на довольно высоком уровне, но ниже гибридных ооспор.

- Партеногенетические (нетипичные) ооспоры образуются в стрессовых условиях и / или при нарушении хода полового процесса. При благоприятных условиях они легко прорастают почти без периода покоя, действие почвенных грибов может усилить прорастание. Их жизнеспособность и инфекционная спосбность довольно низка, но в определенных условиях они могут представлять существенную опасность.

7. Применение разработанного метода определения стратегий размножения и агрессивности полевых популяций P. infestans после обработок фунгицидами на сортах картофеля Сантэ (восприимчивый) и Луговской (устойчивый) показало следующее.

- Ширлан и Ридомил голд были высоко эффективны при защите картофеля от фитофтороза. Применение этих фунгицидов существенно снижало репродуктивные показатели и агрессивность полевых популяций P. infestans.

- Амистар показал довольно низкую эффективность против фитофтороза на картофеле. Он снижал показатели индексы развития болезни и образования зооспорангиев только на Луговском, на Сантэ после обработок индекс развития болезни даже возрастал.

- Хлорокись меди, как правило, была не эффективна при защите картофеля от фитофтороза.

- На сорте Луговской репродуктивные показатели и агрессивность P. infestans были ниже, чем на сорте Сантэ.

8. Большинство сортов (как голландских, так и российских), тестируемых нашим методом, имели низкий уровень полевой устойчивости к фитофторозу. Использование этих сортов, характеризующихся высокой урожайностью и товарными качествами, возможно только в случае обработок фунгицидами. Наличие R ‑генов не предотвращало значительное развитие фитофтороза на этих сортах. Лишь несколько сортов продемонстрировали довольно высокий и стабильный уровень полевой устойчивости к фитофторорзу. Это сорта Луговской, Водолей, Герань и Ветразь.

9. Наименьшей минимальной порядковой концентрацией (10^-4%), подавляющей in vitro большое количество изолятов P. infestans, характеризовался фунгицид Акробат. Далее в порядке возрастания концентраций располагались Амистар (10^-4, 10^-3%), Ридомил (10^-3%), Браво (10^-2, 10^-1%) и Ширлан (10⁰%).

10. Без предварительного контакта с фунгицидом изоляты P. infestans in vitro демонстрировали различия в чувствительности к низким (сублетальным) концентрациям фунгицида. По мере инкубации изолятов P. infestans на средах с фунгицидами определенной тенденции изменения чувствительности к фунгицидам выявлено не было.Подтверждено наличие адаптивной устойчивости P. infestans как к системным (в большей степени) так и контактным фунгицидам с уточнением, что адаптивная устойчивость к тем или иным фунгицидам или их комбинациям – штаммоспецифический признак.

11. По сравнению с картофелем, на томате в средней полосе России сложилась очень тяжелая фитосанитарная обстановка в связи с поражением фитофторозом: очень жесткие эпифитотии, регулярное образование гибридных ооспор. Часть популяции P. infestans на томате характеризуется высокой вредоносностью не только к томату, но также и к картофелю. Томат представляет собой опаснейший источник заражения для картофеля, повышает вероятность эрозии полевой устойчивости эффективных сортов картофеля.