Котюк Л.А. Еколого-біологічні особливості стеблової нематоди Ditylenchus destructor Thorne при паразитуванні на картоплі в зоні Полісся України

Короткий зміст

МІСЦЕ, МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

 Дисертаційна робота виконувалась протягом 1995-1998 років на кафедрі селекції і фітомедицини Державної агроекологічної академії України та  дослідному полі учгоспу "Україна" Черняхівського району Житомирської області. Крім того, бульбові зразки для проведення нематоекспертизи  відбирали в колективних і приватних господарствах Волинської, Житомирської, Київської та Рівненської областей, які  знаходяться в зоні Полісся України.

Матеріалом досліджень правили бульби з ознаками ураження стебловою нематодою, зразки культурних рослин, бур'янів і грунту, відібрані в зоні Полісся України.

Нематод  виділяли модифікованим методом Бермана ( Кирьянова Е.С., Кралль Э.Л., 1969, Деккер Х.,  1972), фіксували ТАФом ( Кирьянова Е.С., Кралль Э.Л., 1969, Парамонов А.А., Брюшкова Ф.И., 1956 ) та визначали під мікроскопом МБІ-15, МБІ-3 на тимчасових водно-гліцеринових препаратах.

Вивчення рослин-резерваторів стеблової нематоди проводили на штучно створеному інвазійному фоні. При цьому в грунт вносили шматочки дитиленхозних бульб сорту Світанок київський в кількості 1,5 кг/м2 на глибину 10-12 см (Иванова Б.П., 1973). Мікроскопічні обстеження в органах рослин проводили методом однограмових проб (Свешникова Н.М., Терентьева Т.Г., 1967). При проведенні польових досліджень користувались методикою польового досліду (Доспехов Б.А., 1985). Виділення грибів і бактерій в чисті культури проводили загальноприйнятими методами (Бельтюкова К.И., 1968, Чумаков А.Е., 1974, Положенец В.М., 1985, Попкова К.В., Шмыгля В.А., 1987), штучну інокуляцію бульб здійснювали за методикою В.М. Положенця (1985, 1989).

Штучний інвазійний фон при випробуванні сортозразків на стійкість проти стеблової нематоди створювали згідно з рекомендаціями Goodey T.D.( 1935), Чумакова А.Е. ( 1974 ), Положенця В.М. ( 1986 ). Для оцінки вихідного матеріалу картоплі використовували сорти і гібриди з колекції  Інституту картоплярства УААН та його мережі.

Вміст крохмалю в бульбах картоплі визначали ваговим методом,  активність полі-фенолоксидази – титрометричним методом (Починок Х.Н., 1976). Вміст відновлюючих цукрів в бульбах картоплі визначали за методикою Бертрана ( Кирюхин В.П., Ладыгина Е.А.,1989 ).

Обліки ураження бульб при польових дослідженнях проводили через місяць після збирання урожаю. Статистичну обробку цифрових даних здійснювали методами одно- та багатофакторного дисперсійного на ПЕОМ моделі ІТ 486-DX з використанням програм ARMSTAT та ANOVA.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

РОЗПОВСЮДЖЕННЯ ТА БІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ D. DESTRUCTOR

Розповсюдження  стеблової нематоди

За даними весняних та осінніх обстежень встановлено , що картопляні дитиленхи розповсюджені в усіх обстежених господарствах, що відносяться до зони Полісся України. Ступінь шкідливості нематоди Ditylenchus destructor залежить від якості посадкового матеріалу, стійкості сортів, дотримання основних правил агротехніки, рівня проведення захисних заходів проти неї.

Щодо ступеня шкідливості стеблової нематоди в зоні Полісся України виділено три зони  ( рис.1 ): до зони сильного розвитку дитиленхозу ( кількість уражених  нематодою бульб становить більше 10,1 відсотків ) віднесено північні райони Житомирської області (Народицький, Ємільчинський), деякі райони Волинської (Луцький, Любомильський) та Рівненської (Володимирецький, Сарненський) областей. Зона помірного розвитку дитиленхозу (кількість уражених бульб складає 5,1-10,0%) включає господарства центральних районів Житомирської ( Черняхівський, Дзержинський, Житомирський, Новоград-Волинський ), господарства Любомильського району Волинської та Рокитнівського району Рівненської областей. Зона незначного розвитку дитиленхозу ( кількість дитиленхозних бульб не перевищує 5%) обмежується господарствами Броварського району Київської області та Зарічнянського і Дубровицького районів Рівненської областей.

Рівень інвазїі бульб  залежить від форми власності господарства - у порівнянні з колективним сектором він вищий ( на 0,4-3,1%)  в приватних господарствах, де не дотримуються технологічні вимоги до вирощування картоплі. Неоднакова ступінь зараження в колективних господарствах пов'язана з використанням різних сортів, стійких і нестійких, а в приватному секторі - в основному сортосуміші та вирощуванням картоплі в монокультурі.

Нематофауна бульб картоплі в умовах Полісся України

У хворих бульбах виявлено 6 видів нематод, які належать до шести родин і двох рядів. Окрім D. destructor, виявлено вид Pratylenchus pratensis ( de Man) Filipjev, який також є ендопаразитом і широко розповсюджений на території України. До групи мікогельмінтів відноситься Aphelenchus avenae Bastian, який є космополітом і досить характерний для грунтів України. Група сапрофітних нематод представлена трьома видами, які є також звичайними для нематодофауни України , а саме: Panagrolaimus rigidus Schneider, Cephalobus persegnis Bastian i Rhabditis brevispina (Claus) Biitsyli.

В більшості випадків у  хворих бульбах картоплi в Полiськiй зонi переважали нематоди D. destructor, частота виявлення  яких складала 46,6 ( Київська обл.) -61,5% ( Волинська обл ). Крім D. destructor, який є безперечно домінуючим, досить часто зустрічається інший паразитуючий вид нематод - P. pratensis. Частина бульб заселена нематодами із групи сапробіонтів (від 3,5 до 16,9%)  та мікогельмінтів ( від 0 до 13,3%), що свідчить про розвиток гнилісних процесів, пов'язаних з появою сапрофітних грибів та бактерій, якими нематоди живляться.

Вплив D. destructor на ріст, розвиток і урожайність картоплі

Між ступенем стійкості сорту, ростом і розвитком рослин та їх продуктивністю виявлено прямий зв'язок. Із підвищенням ступеня стійкості зростає продуктивність та урожайність картоплі.

У нестійкого до ураження сорту Світанок київський спостерігали затримку в фазах розвитку на 4 доби, зниження показників польової схожості на 26,8%, зменшення кількості стебел в кущі на 24,2%,  висоти рослин на 14,9%, а також збільшення кількості хворих бульб в урожаї до 43,1% і зменшення урожайності на 35,4% (табл.1). Середньо-стійкий сорт Луговська також характеризувався зниженням польової схожості на 13,3%, зменшенням кількості стебел в кущі на 6,5%, збільшенням кількості хворих бульб в новому урожаї до 14,1% і зменшенням урожайності (на 26,1%). У відносно стійкого сорту Пролісок на протязі вегетації чіткі ознаки дитиленхозу не спостерігались, лише при аналізі урожаю було виявлено 5,8% хворих бульб, що призвело до зниження урожайності на 10,1%.

Більш стiйкi сорти є гiршим харчовим субстратом, нiж сприйнятливi, а природа стiйкостi криється в складних  фiзiолого-бiохiмiчних процесах, якi виникають в системi  рослина-господар - нематода.

Деякі біоценотичні зв'язки D. destructor в агроценозі картоплі

Міграційні шляхи стеблової нематоди

Досконале  знання шляхів поширення D. destructor дозволить правильно і своєчасно дотримуватися необхідних санітарних умов та інших профілактичних заходів, які б забезпечили зниження недобору урожаю від цього патогена.

Вивчення міграційних шляхів стеблової нематоди в польвих умовах показало, що особини D. destructor локалізуються в основному в бульбах, де їх кількість складає від 10 до1500 екз./г.,   та столонах (від 3 до 15 екз./г.), інколи - в грунті (від 3 до 36 екз./г.) в залежності від фази розвитку рослини. Коренева система рослин картоплі була вільна від дитиленхів на протязі всієї вегетації. Хоча надземні стебла досить інтенсивно заселялись нематодами ( від 2 до 9 екз./г.),особини D. destructor знайдено не вище 2 см. над поверхнею грунту, в більш високих частинах рослин їх не виявлено. Однак, отримані нами результати свідчать, що бадилля картоплі може бути джерелом розповсюдження інвазії і тому його треба знищувати.

Таким чином, стеблова нематода з материнської бульби мiгрує в проростки, столони, а потiм в бульби нового урожаю, рiдше - в грунт, а iнколи - у нижню частину стебла, але не вище 2 см.

Рослини-господарі  стеблової нематоди

Вивчення можливості інвазіювання стебловою нематодою ряду сільськогосподарських культур і бур'янів показало, що D. destructor не монофаг і при відсутності основного господаря -картоплі, може переносити несприятливі умови на інших рослинах.

Всi обстежуванi нами культурнi рослини i бур'яни по сприйнятливостi до D. destructor поділено на дві групи: сприйнятливі, в коренях яких виявлено всі стадії розвитку та накопичення стеблових нематод і несприйнятливі, у яких в коренях та інших органах рослин дитиленхів не виявлено. До сприйнятливих віднесено: горох, озиму пшеницю, люпин, редис, моркву, подорожник великий, пирiй повзучий, мишiй сизий, грабельки звичайнi, кукурудзу, олiйну редьку, куряче просо, лободу розлогу, триреберник непахучий. До несприйнятливих -  ячмiнь, гречку, гiрчак шорсткий, кульбабу   лiкарську, сурiпку звичайну, хвощ польовий, щавель кiнський, спориш звичайний, щирицю лободоподiбну.

На нашу думку, ячмінь і гречку слід використовувати в сівозмінах для зменшення інвазійованості грунту. Особливу увагу слід приділяти знищенню таких бур'янів як подорожник великий, пирій повзучий, мишій сизий, грабельки звичайні, які можуть стати резерваторами стеблової нематоди в агроценозі.

Взаємозв'язок з грибами

В лабораторних та польових умовах вивчено особливості взаємовідносин стеблової нематоди із збудниками  Fysarium oxysporum та Phytophthora infestans. Встановлено, що стеблова нематода зберігає свою життєдіяльність у присутності названих патогенів, а також сприяє поширенню інфекції сухої гнилі та фітофторозу в тканинах бульб картоплі.

Проведені дослідження показали, що сумісне зараження бульб нематодою і збудником F. oxysporum призвело до збільшення кількості хворих бульб до 27,9%, тоді як при інвазуванні бульб лише особинами D. destructor цей показник складав 14,9%, а при інфікуванні конідіями гриба F. oxysporum - 8,3%. Недобір урожаю у порівнянні з контролем становив відповідно 13,2; 11,0; 3,3%. Штучне зараження посадкового матеріалу особинами D. destructor і P. infestans одночасно сприяло збільшенню показника ураження бульб до 35,5% і зниженню урожайності  на 14,4%. Інвазіювання бульб стебловою нематодою спричинило ураження 15,1% бульб і знизило урожайність на 9,1%. Відсоток хворих бульб з урожаю інфікованого  збудником P.infestans посадкового матеріалу складав 10,6, а недобір урожаю - 4,6 %.

Особливості взаємовідносин нематод з бактеріями

Лабораторні і польові дослідження  свідчать, що нематоди D. destructor посилюють патогенну дію збудника мокрої гнилі Erwinia carotovora. Так, у випадку інфікування бульб збудником E.carotovora, відсоток ураження бульб становив 7,4 , що призвело до зниження урожайності на 14,5%. Інвазіювання посадкового матеріалу стебловою нематодою спричинило ураження 17,5% бульб та зниження урожайності на 17,2%. При сумісному зараженні картоплі двома патогенами ці показники відповідно зростали до 34,4 і 29,7%.

Результати досліджень з використанням збудника кільцевої гнилі Corynebacterium sepedonicum сумісно зі стебловою нематодою показали, що значно збільшилась кількість хворих бульб - до 44,2%, а недобір урожаю складав 21,9%. У той же час при використанні в досліді лише стеблової нематоди ці показники відповідно становили 17,5 і 10,6%, а збудника C. sepedonicum - 11,7 і 12,2%.

Таким чином, стеблова нематода може співіснувати та продовжувати свій життєвий цикл в присутності збудників бактеріального і грибного походження, сприяючи їх розповсюдженню. Це пояснюється рухливістю нематод та їх здатністю переносити на своїй кутикулярній поверхні інфекцію грибних та бактеріальних хвороб. Крім того, ферментативна дія травних виділень нематод на клітини бульб створює сприятливі умови для живлення і росту колоній мікроорганізмів, що прискорює загнивання тканин.

 Між особинами D. destructor і збудниками грибних та бактеріальних хвороб (F. oxysporum, P. іnfestans, E.carotovora, C. sepedonіcum ) виявлено синергічні взаємозв'язки.

БІОХІМІЧНІ ЗМІНИ В БУЛЬБАХ КАРТОПЛІ ПІД ВПЛИВОМ D. DESTRUCTOR

Вплив стеблової нематоди на вміст крохмалю в бульбах

Вивчення вмісту крохмалю проводили в здорових та уражених стебловою нематодою бульбах картоплі різних за стійкістю сортів : Пролісок, Луговська, Світанок київський .  Встановлено, що в дитиленхозних бульбах картоплі всіх обстежуваних сортів цей показник перебуває у  залежності від стійкості сорту до D. destructor. У відносно стійкого сорту Пролісок та середньостійкого Луговська зменшення вмісту крохмалю в дитиленхозних бульбах у порівнянні із здоровими не перевищувало 1,5 та 2,1% і було неістотним. Але у сорту Світанок київський вміст крохмалю в дитиленхозних бульбах становив 13,4%, а в здорових - 16,9%, що на 3,5% менше, що  суттєво впливає на вихід крохмалю при переробці бульб (рис. 2).

Вплив стеблової нематоди на вміст редукуючих цукрів в бульбах картоплі

Встановлено зворотну залежність між вмістом редукуючих цукрів в бульбах і схильністю сортів картоплі до ураження стебловою нематодою (рис.3). Із  зниженням стійкості сорту зростає відсоток відновлюючих цукрів в бульбах ,  особливо в дитиленхозних. Так,  у сприйнятливого сорту Світанок київський вміст відновлюючих цукрів в дитиленхозних  бульбах  складав 1,71, а в здорових - 0,67%; у середньостійкого сорту Луговська -  1,07 і 0,49%; у стійкого сорту  Пролісок - 0,57 і 0,45% . Під впливом життєдіяльності стеблових нематод відбувається розщеплення крохмалю та збільшення кількості відновлюючих цукрів в бульбах в залежності від ступеня стійкості сортів відповідно в 2,6; 2,1 та 1,3 рази.

Поліфенолоксидазна активність в бульбах картоплі

Встановлено зв'язок між активністю поліфенолоксидази в бульбах і ступенем резистентності сортів картоплі до стеблової нематоди - поліфенолоксидазна активність зростає з підвищенням ступеня стійкості сорту.

Найнижча  активність цього фермента спостерігалась у нестійкого сорту Світанок київський. Так,  в здорових  бульбах вона становила  38,9, а в уражених стебловою нематодою - 47,2 відносних одиниць на 1г. речовини. Середньостійкий сорт Луговська характеризувався дещо вищими показниками поліфенолоксидазної активності - в здорових бульбах він становив 60,4 , а в інвазійних - 73,9 в.о..  Найвища активність фермента була відмічена у відносно стійкого сорту Пролісок , де цей показник в здорових бульбах складав  98,6, в хворих - 169,8  в.о. ( рис.4 ).

Слід відмітити підвищення активності ПФО в дитиленхозних  бульбах у порівнянні із здоровими у сортів Світанок київський та Луговська у 1,2 рази, а у сорту Пролісок - в 1,7 рази. Це свідчить про більш інтенсивний синтез речовин, що є важливими факторами активного імунітету у стійких сортів.

УДОСКОНАЛЕННЯ ЗАХОДІВ ЗАХИСТУ ПРОТИ СТЕБЛОВОЇ НЕМАТОДИ

Оцінка сортозразків картоплі на стійкість до D. destructor

Результати проведених досліджень свідчать, що  сорти і гібриди картоплі як вітчизняної, так і зарубіжної селекції відрізняються за сприйнятливістю до ураження стебловою нематодою. Діапазон дитиленхозних бульб після збирання врожаю картоплі був відносно широким і складав в середньому за три роки від 0,1 ( сорти Кобза, Сафір) до 51,2% (Світанок київський). До числа сортозразків вітчизняної і зарубіжної селекції, які проявили відносну стійкість до D. destructor (відсоток ураження від 0 до 5,0) віднесено 8 сортозразків, що складає 11,4% від загальної кількості випробовуваних.

Середньою стійкістю до стеблової нематоди (ступінь ураження 5,1-10,0%) характеризуються 29 зразків, що складало від загального обсягу 41,5%.

До слабосприйнятливих сортів і гібридів картоплі (уражено 10,1-15,0% бульб) віднесено 15, що складає 21,4%, а до сприйнятливих сортозразків віднесено 11 сортів або 15,7% від загального обсягу зразків картоплі, які знаходились у сортовипробуванні на цю ознаку.

Найбільшу ступінь ураження бульб картоплі стебловою нематодою ( більше 20%) мали сорти вітчизняної і зарубіжної селекції, а саме : Аноста, Берегиня, Samara, Вармас, Верховина, Адретта, Світанок київський, що становило 10% від загального обсягу досліджуваних сортозразків.

 Виділені нами резистентні сортозразки картоплі Кобза, Сонета, Сафір, Мавка, Н.86 611-2, Пролісок, Воловецька, Зарево доцільно використовувати в селекційних установах України як вихідний матеріал для створення нематодостійких сортів.

Роль насінницьких заходів в оздоровленні картоплі від стеблової нематоди

Вивчення ролі профілактичних заходів в зменшенні інвазійованості картоплі стебловою нематодою показало, що висаджування  перебраних і вибракованих, прогрітих при температурі 15-17⁰ С та другий раз перебраних бульб дало можливість знизити відсоток їх ураження  стебловою нематодою до 2,4%, що на 11,7% менше в порівнянні з варіантом, в якому висаджували посадковий матеріал  без перебирання. При цьому недобір урожаю знизився на 19,4%. Перебирання та озеленення бульб дозволяє зменшити кількість уражених стебловою нематодою бульб в порівнянні з  варіантом, у якому  бульби не перебирали на 10,3% та зменшити недобір урожаю на 26,5%. Слід відмітити, що навіть при одноразовому перебиранні бульб перед посадкою ураженість посадкового матеріалу зменшується у 2 рази.

Оздоровлення картоплі методом верхівкової меристеми

Аналіз рослин і бульб, одержаних методом культури верхівкової меристеми, яку виділяли з паростків, одержаних від дитиленхозних бульб, показав повну відсутність в них інвазії D. destructor. При цьому у всіх випадках кількість одержаних здорових рослин і бульб складала 100%. Таким чином, доведена можливість використання методу верхівкової меристеми для одержання здорових рослин із посадкових партій картоплі, уражених стебловою нематодою.