Фитопатогенные нематоды: урожай под угрозой
Нематоды, или круглые черви, – одни из самых многочисленных и широко распространенных многоклеточных животных. Представители около половины видов обитают в почве или в водной среде, а остальные паразитируют на животных, в том числе человеке, и растениях. Фитопаразитические нематоды принадлежат к числу наиболее опасных и экономически значимых вредителей сельскохозяйственных культур: общемировые потери урожая от них оцениваются в 77 млрд долларов в год!
В России изучением фитопаразитических нематод занимаются в Центре паразитологии Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН (Москва) и во Всероссийском научно-исследовательском институте фитопатологии Россельхозакадемии. Здесь разрабатываются диагностические наборы для молекулярно-генетической идентификации наиболее значимых фитопаразитических нематод, создаются перспективные и экологически безопасные биопрепараты для защиты растений, а также трансгенные сорта картофеля, сахарной свеклы и рапса, устойчивые к корневым цистообразующим нематодам.
Нематоды, или круглые черви, – одни из самых многочисленных и широко распространенных многоклеточных животных на нашей планете: на их долю приходится около 4/5 биоразнообразия всего животного мира! Представители около половины видов нематод обитают в почве или в водной среде, однако остальные ведут паразитический образ жизни, представляя большую проблему для сельского хозяйства и медицины
Еще в 1914 г. известный биолог, «отец» американской нематологии Н. Кобб написал: «… если бы вся материя во вселенной, кроме нематод, исчезла бы в один миг, наш мир все равно был бы смутно опознаваем: мы могли бы предположить, где были горы, холмы, долины, реки, озера и океаны лишь по тонкой пленке нематод. Можно было бы определить и расположение городов, так как каждому сообщест¬ву людей соответствовало бы скопление определенных нематод. Вдоль несуществующих улиц и аллей все так же, призрачными тенями, стояли бы деревья. Растения и животные оставались бы различимы, и, будь у нас довольно знаний, мы смогли бы во многих случаях даже точно определить их вид, изучив когда-то населявших их паразитических нематод» (Cobb, 1914, с. 472).
Действительно, биоразнообразие нематод просто поражает: в этом смысле среди всех животных их превосходят только насекомые. При своих малых размерах нематоды заняли практически все экологические ниши, где имеется хоть небольшое количество воды: от горных склонов Гималаев до донных отложений Марианской впадины; от жарких африканских пустынь до холодных почв Арктики и Антарктики; от покровов мелких насекомых до внутренностей кашалотов.
Из более 24 тыс. описанных видов нематод примерно 40 % ведут свободный образ жизни и питаются бактериями, грибами, простейшими или даже другими нематодами. Однако около 44 % нематод паразитируют на животных, в том числе и на человеке, а оставшиеся в той или иной степени являются связаны с растениями. Практически все известные нам высшие растения могут быть хозяевами одного или более видов паразитических нематод (Lambert & Bekal, 2002).
Мишень – растение
Паразитические нематоды растений (так называемые фитопаразитические или фитопатогенные) принадлежат к числу наиболее опасных и экономически значимых патогенов сельскохозяйственных культур во всем мире. Среди растений-хозяев этих нематод – многие важные пищевые и кормовые культуры, в том числе зерновые, овощные и бобовые, а также декоративные и цветочные. По некоторым оценкам, общемировые потери урожая сельскохозяйственных культур от паразитирования нематод на растениях оцениваются свыше 77 млрд долл. США в год (Sasser & Freckman, 1987)!
В России известны около 150 видов паразитических нематод, поражающих вегетативные (побег и корень) и генеративные (семена и плоды) органы растений из разных семейств. Кроме того, часть этих нематод является одновременно и переносчиками грибковых, бактериальных и вирусных заболеваний, которые усиливают их негативное влияние на зараженные растения.
Нематоды являются второй по видовому разнообразию группой царства животных после насекомых. Паразитические нематоды растений морфологически мало чем отличаются друг от друга, разве что размерами (от 0,5 до 5,0 мм). Червеобразное тело личинок нематод специально приспособлено для продвижения по почвенным капиллярам или межклетному пространству растительной ткани. Основные же различия относятся к проявления изменений растительных органов (симптомов поражения), видимых невооруженным глазом. Галловые нематоды вызывают образование узелков (галлов); листовые нематоды зачастую образуют мозаику на листьях, вызванную гибелью части клеток между жилками листа; мигрирующие корневые паразиты могут стимулировать «бородатость» корней, т. е. образование большого числа маленьких боковых корневых ветвлений; нематоды-переносчики вирусов заражают растения специфическими вирусами, которые, в свою очередь, вызывают хлорозы листьев, выражающиеся в виде их причудливого пожелтения
К сожалению, методы контролирования численности и вредоносности фитопаразитических нематод в настоящее время не отличаются многообразием. Высокоэффективные химические препараты-нематициды из-за своей токсичности оказывают вредное влияние на окружающую среду, в том числе и на здоровье человека, поэтому их применение в сельском хозяйстве ограничено. Применение же биологических препаратов на основе патогенных для нематод бактерий и грибов, а также специализированных хищников, не всегда оправдано экономически.
Наиболее доступным методом на сегодня все еще является профилактика фитогельминтозов путем применения мер по ограничению распространения нематод из очага заражения (карантинные мероприятия), а также такие агротехнические приемы, как возделывание устойчивых сортов и научно-обоснованные системы севооборота.
Врага – знай в лицо!
Одним из важных моментов в защите растений от вредоносных нематод является их правильная и своевременная диагностика. Лишь точно определив представителя нематод в каждом конкретном случае, можно рекомендовать те или иные защитные мероприятия, которые позволят снизить потери урожая.
На сегодня имеется три основных метода диагностики нематод. При первом (классическом) методе идентификации используется ряд морфологических признаков и морфометрических показателей. По внешнему виду можно различать представителей разных семейств, родов или групп нематод. Для идентификации нематод на уровне вида применяются такие количественные признаки, как длина и ширина тела, длина стилета, пищевода, половой системы и т. д. Основным инструментом классического метода идентификации нематод являются микроскопы и специальные справочники (диагностические ключи).
Современный молекулярный метод идентификации нематод основан на исследовании строения отдельных участков их генома. Нужно отметить, что именно свободноживущая нематода Caenorhabditis elegans оказалась первым многоклеточным животным, чей геном был полностью «прочитан» (Genome sequence of the nematode C. elegans…, 1998).
С каждым годом информации о нуклеотидных последовательностях различных генов паразитических и свободноживущих нематод становится все больше и больше. Сегодня, проведя ряд достаточно рутинных процедур, таких как выделение ДНК, полимеразная цепная реакция с визуализацией результатов в агарозном геле, можно с уверенностью судить о принадлежности исследуемой особи к конкретному виду.
НА ОТЕЧЕСТВЕННОМ ФРОНТЕ Еще почти полвека назад известный советский фитогельминтолог А. А. Парамонов (1968 писал: «Изучение секретов необычайного успеха нематод – этих большей частью мелких животных – одна из важных проблем современной зоологии и всего народного хозяйства».
Именно Парамонов основал в 1952 г. первую в стране Гельминтологическую лабораторию АН СССР, целью которой являлось изучение различных аспектов жизни паразитических нематод растений. В наши дни эту научную «эстафету» приняли лаборатория фитогельминтологии Центра паразитологии Института проблем экологии и эволюции им. А. Н.Северцова РАН и лаборатория диагностики фитопатогенных организмов Всероссийского научно-исследовательского института фитопатологии (ВНИИФ) Россельхозакадемии.
Работа по изучению паразитических нематод растений ведется здесь по трем основным направлениям: изучение биоразнообразия нематод на территории России и мониторинг распространения основных видов фитопаразитических нематод; создание систем молекулярной идентификации нематод с использованием родо- и видоспецифических праймеров для ПЦР; изучение биологии нематод и механизмов устойчивости растений к нематодам (Приданников и др., 2009).
Итогом кропотливой многолетней работы стала монография «Фитопаразитические нематоды России» под редакцией д.б.н. С. В. Зиновьевой, в которой представлен огромный объем информации по биоразнообразию паразитических нематод растений на территории нашей страны, накопленный в течение последних сорока лет.
На базе ВНИИФ была создана коллекция живых культур фитопаразитических нематод, которая используется, как основа для фундаментальных исследований по филогении нематод и прикладных исследований по устойчивости сельскохозяйственных культур к нематодам.
Для унификации методов идентификации нематод были разработаны диагностические наборы для молекулярно-генетического определения методом ПЦР таких важных для сельского хозяйства видов паразитов, как картофельные цистообразующие нематоды (Globodera rostochiensis и G. pallida), злаковые цистообразующие нематоды (Heterodera avenae, H. filipjevi и др.), галловые нематоды (Meloidogyne incognita, M. javanica, M. arenaria и др.) и многих других видов.
Изучение биологии фитопаразитических нематод невозможно без изучения их хозяев – растений, а также их взаимоотношений. Огромный материал по механизмам устойчивости растений к нематодам и использованию этих механизмов в защите растений от нематод позволили разработать ряд перспективных биопрепаратов для защиты сельскохозяйственных растений от этих паразитов, такие как иммуноцитофит (на основе арахидоновой кислоты) и агрохит (на основе хитозана).
Кроме того, были созданы трансгенные сорта картофеля, сахарной свеклы и рапса, в которые был встроен ген, ответственный за устойчивость растений к цистообразующим нематодам (Dzhavakhiya et al., 2007).
Третий, так называемый биоиндикаторый метод, служит в основном для разделения одного вида паразитических нематод на патотипы, т. е. на отдельные внутривидовые группы, отличающие разной патогенностью по отношению к разным видам или сортам растений. К примеру, у картофельной нематоды Globodera rostochiensis известно пять патотипов, а у близкородственного вида Globodera pallida – три. Все эти патотипы отличаются их способностью размножаться на различных генетических линиях картофеля.
Определение патотипа нематод является очень важным моментом в селекционной работе по созданию культурных сортов растений, устойчивых к нематодам. Создание сорта, устойчивого лишь к одному патотипу паразита, бесперспективно, поскольку он может быть атакован другим, более агрессивным патотипом.
Взаимная эволюция паразитических нематод и их растений-хозяев в течение миллионов лет напоминает гонку вооружений: растения вырабатывают все более совершенные механизмы защиты (например, утолщают покровные ткани или увеличивают синтез «антибиотиков»-фитоаллексинов), нематода же, соответственно, – системы нападения (крепкий стилет или непроницаемые для фитонцидов покровы тела).
Мир этих удивительных созданий очень сложен и интересен сам по себе, при этом изучение секретов необычайного эволюционного успеха фитопаразитических нематод важно не только для фундаментальной науки, но и для практических целей – сохранения мирового урожая сельскохозяйственных культур.
В публикации использованы фото автора
Приданников М. В., Шумилина Д. В., Кромина К. А. Изучение взаимоотношений между нематодами и растениями хозяевами/не хозяевами с использованием модельной системы суспензионной культуры растительных клеток: Материалы III Межрегиональной научн. конф. паразитологов Сибири и Дальнего востока. Новосибирск, 2009. с. 226—228.
Фитопаразитичекие нематоды России /под ред. С. В. Зиновьевой и В. Н. Чижовой. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2012.
Cobb N. А. Nematodes and their relationships. //Yearbook United States Department of Agriculture. United States Department of Agriculture. 1914. p. 457—490.
Lambert K., Bekal S. Introduction to Plant-Parasitic Nematodes. //The Plant Health Instructor. DOI: 10.1094/PHI-I-2002-1218-01.
Источник
Нематоды
Видовое сообщество нематод – маленьких круглых червей разнообразно. Учеными описано более 24000 видов, но не изученных – в десятки раз больше. Эти микроскопические черви могут приносить как пользу – обитать в почве, воде и являться важной частью экосистемы, так и вред – паразитировать на растениях, в организме животных и человека.
Описание вредителя
Растительноядные нематоды имеют небольшое нитевидное и округлое тело длиной до 2 мм, суженное с двух концов. Из-за маленького размера вредителя на ранних стадиях заметить сложно.
Окраска нематод может быть белой или светло-желтой. Тело покрыто кольчатой кутикулой, под которой находятся продольные мышцы. Специальные мускулы обеспечивают работу органам размножения и пищеварения.
У вредителя развиты нервная, пищеварительная, выделительная система, репродуктивные органы, но отсутствует кровоснабжение и дыхание. Пищеварительная система сквозная – начинается с ротовой полости, имеющей сложное строение, переходит в пищевод, затем в среднюю кишку и заканчивается на заднем конце тела.
У всех растительноядных нематод во рту находится подвижный шип – колющий орган-стилет. Им черви прокалывают растительные клетки и высасывают соки. Через шип в ткани выделяются ферменты, аминокислоты, мочевина и другие вещества. Они блокируют работу всех органов в растении.
Нервная система состоит из расположенного около глотки нервного кольца и продольных нервов. Благодаря щетинкам на теле черви могут осязать, рецепторы-амфиды отвечают за обоняние.
Растительноядные нематоды разнополы, самки по размерам крупнее самцов. Они откладывают яйца, из которых появляются личинки. До взрослого состояния проходят 4 этапа развития, сопровождающиеся линьками. В зависимости от вида и условий обитания продолжительность каждой личиночной стадии длится 2–12 суток.
Оптимальная температура для появления личинок – 15-16°C, для дальнейшего развития 18–24°C. Через 40 дней после наступления половозрелого состояния самки могут откладывать яйца.
Виды нематод
Разные виды нематод специализируются на повреждении корней, стеблей, листьев, почек и цветков. На основе этого построена видовая классификация фитопаразитических нематод.
Листовые нематоды
Подвижные бесцветные черви длиной до 1 мм. Распространены повсеместно. Но в открытом грунте больше вредят во влажные годы в Средней полосе, в северо-западном регионе и на юге России. Паразитируют на надземной части растений: снаружи или внутри листьев, почек или бутонов. Почва для них временная среда обитания. Передвигаются по тонкой водяной пленке на поверхности растения, внедряются внутрь через мелкие повреждения и устьица.
Одно поколение развивается в течение 10–11 дней, за год может появиться 20 и более поколений. Зимует вредитель только в наземных частях, чаще всего в молодых побегах. Размножается в пазухах листьев, почках и в мезофиллах-микроорганизмах на поверхности растений.
Листовые нематоды поражают землянику, декоративные растения: хризантемы, астры, бегонии, георгины, флоксы, примулу, ирис, герберы, пеларгонию, пионы, фиалку, лилию, цикламен и другие.
Стеблевые нематоды
Прозрачные нитевидные черви до 1,7 мм в длину. В нашей стране этот вид встречается везде на тяжелых почвах, активно проявляется в регионах с умеренным климатом. Жизненный цикл одного поколения длится 3–5 недель, благоприятная температура для развития вредителя – 5–34°C. В течение одного сезона появляется 4–6 поколений. Самки этой нематоды отличаются плодовитостью, откладывают от 200 до 400 яиц. Зимует вредитель в корневищах, корнях и основаниях стеблей.
Стеблевые нематоды обитают на 500 видах овощных, ягодных и цветочно-декоративных культурах. Повреждают надземные части: стебли, листья, цветки, а также семена, корневища и луковицы. Корни почти не повреждает. Внедряются только в живые ткани через устьица, там они живут и размножаются.
Стеблевые нематоды предпочитают паразитировать на одном растении-хозяине, не переходя на другие виды. От стеблевых нематод часто страдают овощные культуры: лук, картофель, томат, перец, баклажан, морковь, тыквенные (огурец, арбуз, тыква), декоративные растения: тюльпаны, флоксы, бегонии, гиацинты, гвоздики.
Корневые нематоды
Круглые бесцветные черви длиной 1,3–1,5 мм, живущие в почве рядом с корнями растений. Этот вид нематод разделяют на 3 группы:
Галловые нематоды
Выделяемая вредителем слюна вызывает образование круглых или удлиненных утолщений на корнях – галлов размером 3–5 мм. Внутри галлов нематоды питаются растительным соком и размножаются ежегодно от 1 до 13 раз. Самки в течение 2–3 х месяцев откладывают в специальные яйцевые мешки до 2000 яиц. Самцы не всегда принимают участие в размножении. Появившиеся личинки мигрируют, находят корни нового растения хозяина и начинают питаться. Половозрелого состояния они достигают за 3–4 недели.
Опасны для более чем 400 видов растений – овощных и декоративных культур. Чувствительны к низким температурам и чаще встречаются в закрытом грунте. Сильно повреждают сельдерей, салат, морковь, томат, баклажан, перец, землянику, бахчевые и бобовые растения. Из декоративных растений розы, клематисы, фикусы, бегонии.
Свободно живущие нематоды
Распространены на крупнопористых и песчаных почвах. Благодаря хорошей аэрации вредитель активно перемещается в земле. Салат, сельдерей морковь часто поражаются этим вредителем.
Нематоды со свободным цистообразованием
Распространение вредителя происходит с помощью цист, образующихся на корнях – темно-коричневых капсул размером с маковое зерно. В цисты превращаются отмершие самки с жизнеспособными яйцами и личинками. В каждой цисте находится до 700 яиц и личинок.
Личинки не погибают зимой и с приходом тепла покидают свое убежище, но могут находиться в таком законсервированном состоянии до 10 лет. К представителям этой группы относятся золотистая картофельная нематода на пасленовых культурах, свекловичная нематода, повреждающая крестоцветные растения и свеклу.
Вредители истощают растения и способствуют распространению грибковых, вирусных и бактериальных болезней, возбудители которых проникают через поврежденные корни. При сильном заражении корней потери среди овощных культур через 3–4 месяца достигают 25–80%.
Признаки заражения растений нематодой
Для успешного размножения и развития нематод требуется тепло и влажность. Дождливая летняя погода, кислые и песчаные почвы способствует распространению вредителей. В сухой почве и при понижении температуры они впадают в анабиоз, перестают размножаться или гибнут.
Нематода на клубнике
На листьях клубники между жилками появляются желто-коричневые, красноватые пятна. Черешки тоже меняют окраску: краснеют и теряют опушение. В местах потемнения листья истончаются, буреют, засыхают или гниют.
Зараженные кустики отстают в росте и развитии. Усы укорачиваются, розетки деформируются, их центральная часть со временем отмирает.
Нематода на картофеле
Черви внедряются в корни, высасывают соки из растения, отнимая силы для роста и развития. На таких кустах всего 1–3 стебля, листья мелкие – днем они выглядят вялыми, теряют зеленую окраску и желтеют, а потом засыхают. Корневая система слабеет, клубни вообще не завязываются либо их мало и большинство из них мелкие.
Нематода на луке
У растений, в которые внедрились нематоды, вырастают утолщенные и искривленные перья, которые со временем желтеют и поникают. Внутри луковица становится мягкой и рыхлой, изнутри начинает гнить.
Нематода на свекле
На пораженных растениях листья меняют окраску – буреют и становятся вялыми. Свекла отстает в росте, на извлеченных из земли, корнеплодах видны признаки гнили. Если же они не повреждены, то чаще всего имеют небольшие размеры и множество придаточных корешков. Зимой такой урожай плохо хранится.
Нематода на хризантемах
Нематоды повреждают многие декоративные растения, но чаще всего из садовых цветов они поселяются на хризантемах. Сначала на листьях появляются светло-желтые пятна. Они буреют и листья отмирают. Побеги укорачиваются, на некоторых появляются утолщения и вздутия.
Цветки на таких хризантемах не образуются или мельчают и деформируются. Хризантемовая нематода повреждает и другие садовые цветы: астры, дельфиниумы, циннии, флоксы, бегонии.
Средства борьбы с нематодой
Химические и биологические препараты
Гетерофос
Почвенный инсектицид выпускают в 2-х формах: в гранулах и в виде суспензии. Расход препарата в сухом виде – 4-8 г на 1 кв. м. Для замачивания корней рассады перед высадкой готовят раствор из 15 г препарата и 10 л воды. Токсическое воздействие на вредителя сохраняется 1,5–2 месяца.
Фосфамид
Инсектицид контактного и системного действия. Для опрыскивания растений и почвы от нематод используют 0,02% раствор инсектицида. Работы проводят в сухую и безветренную погоду.
Нематорин
Гранулированный инсектицид от всех видов нематод. Воздействует на дыхание вредителя, вызывая паралич организма и гибель в течение нескольких часов после применения. Препарат вносят до и после высадки растений в почву на глубину 10–15 см. Норма расхода средства – 3 г на 1 кв. м.
Акарин П
Эффективное средство в виде порошка от галловой нематоды. Продукты распада препарата лишают вредителя способности находить корни растения-хозяина и в течение 14–20 дней нематоды погибают. Препарат сохраняет свои свойства в течение 2–4 месяцев, не вымывается из почвы водой и повышает устойчивость к болезням.
Акарин вносят в землю на глубину 20–25 см за 1–3 дня до посадки или точечно во время замены зараженного растения на новое. При рядковом внесении расход препарата – 200 г на 1 кв. м.
Нематофагин
Жидкий биопрепарат от нематод на основе хищного гриба. На грибном мицелии развиваются кольцеобразные ловчие сети. Прикоснувшись к ним, вредитель прилипает и попадает в сеть. В течение суток гриб поглощает нематоду. Развиваясь в почве или на растительных остатках, хищные грибы выделяют токсичные для червей продукты метаболизма.
Препарат вносят в почву перед посевом (100–300 мл на 10 л воды), высадкой растений в грунт (5–10 мл в каждую лунку или 1–3 л на 1 сотку), обрабатывают почву вокруг пораженных растений (20–30 мл на 1 растение на глубину 15–20 см).
Фитоверм П
Для обеззараживания почвы за 1–3 дня до посадки порошок равномерно рассыпают по поверхности земли и перемешивают на глубину 10–15 см или по 18 г в каждую лунку, если нужно заменить больное растение. Защитное действие длится до 2-х месяцев.
Народные методы
Растительными отварами и настоями с нематодой не справиться. Из нехимических способов отпугнет вредителя высаживание в междурядьях фитонцидных растений: календулы, бархатцев, горчичного салата.
Корневых нематод ловят на приманки. Из проростков картофеля выжимают сок и вводят в почву. Так как у вредителя хорошее обоняние, запах служит сигналом для раскрытия цисты, но не найдя корма, личинки гибнут. Эту процедуру проводят за 1–1,5 недели до посадки.
Снизить количество нематод в поверхностном слое можно с помощью термической обработки почвы. До посадки кипятком поливают почву, пропитывая ее на глубину не менее 15 см. Этот способ больше подходит для теплиц, парников.
Профилактика
Действенными профилактическими мерами от вредителя являются:
- Соблюдение севооборота.
- Выращивание сортов и гибридов, устойчивых к поражению нематодой.
- Отбор здорового посадочного материала.
- Луковицы и клубни перед высаживанием прогревают 15 минут при температуре около 45–50°C.
- Снижение кислотности почвы (регулярное известкование) снижает численность вредителя.
- Посадки регулярно пропалывают и прореживают.
- Послеуборочные растительные остатки убирают с грядок, уничтожают оставшиеся поврежденные растения вместе со слоем почвы.
- Хорошо очищает почву и повышает плодородие посев в конце лета – начале осени злаковых растений. Очищенный от сорняков участок рыхлят и на глубину 2–3 см засевают зерновыми культурами. До заморозков они прорастут и почву вместе с зелеными ростками перекапывают, переворачивают полностью пласт земли.
Сегодня при появлении вредителя не нужно бросать участок и ждать годами, чтобы почва очистилась от нематоды. Современные препараты успешно борются с ними, а меры профилактики продлят эффект надолго.
Узнайте подробнее о нематоде и как с ней бороться – из видео.
Источник