Сельхозпроизводители в Северной Америке и Европе обычно в значительной степени полагаются на профилактическое применение фунгицидов и инсектицидов для предотвращения повреждений, которые могут привести к потере урожая или его отбраковке. Это неизбежно приводит к неоправданному использованию пестицидов. Например, в Нью-Йорке лук занимает первое место по использованию пестицидов на единицу площади среди овощей и второе место среди всех культур (Anon., 1999). В Центральной Америке производители лука применяют инсектициды от 9 до 12 раз за сезон выращивания (Rueda, 2000).
Бактериальные болезни
Бактериальные патогены лука заражают надземные части луковых растений, а также луковицы. Инфицирование листьев может привести к заражению и загниванию луковиц на разных стадиях роста. Если внутренние ткани шейки луковых растений не будут полностью сухими перед удалением надземной части при уборке урожая, может произойти заражение влажных тканей шейки здоровых луковиц бактериальными патогенами, что приведет к загниванию луковиц при хранении как в поле, так и в хранилище.
При оптимальной температуре (30-35 °C) бактериальная гниль луковиц развивается быстро. Даже если температура несколько ниже, гниение, вызванное бактериальными патогенами, делает луковицы непригодными для продажи в течение короткого периода времени. Зараженные луковицы могут быстро испортиться во время транспортировки на рынок и поэтому неприемлемы для покупателя.
Похоже, что в настоящее время все сорта лука подвержены бактериальной инфекции и гниению луковиц. Наиболее перспективные процедуры борьбы с бактериальными болезнями лука включают использование семян, не содержащих патогенов; подрезание и пригибание лука перед уборкой для эффективного высушивания верхушек и шеек лука; севооборот; и эффективные программы санитарной обработки уборочной и сортировочной техники, а также контейнеров для хранения и складских помещений. Хотя некоторые бактериальные болезни, по имеющимся данным, поддаются лечению биоцидами меди, другие не поддаются контролю при внекорневом применении медных соединений (Schwartz and Mohan, 1995; Mark et al., 1999a).
Бактериальные болезни лука были подробно рассмотрены в работе Mark et al. (2002), а полезные иллюстрации и информацию можно найти в Snowdon (1991) и Schwartz and Mohan (2008). Наиболее распространенной проблемой являются гнили луковиц, вызванные бактериями, но в некоторых регионах бактериальное поражение листьев может быть разрушительным.
Патогенные бактерии вызывают размягчение и скопление воды в инфицированной ткани за счет разрушения клеточных стенок растений своими пектолитическими ферментами. Внеклеточные полисахариды связывают бактерии и, как полагают, вызывают закупорку водой внутриклеточных пространств, в которых бактерии могут распространяться. В луковицах лука бактериальная инфекция часто распространяется внутри, а не между мясистыми чешуями.
Для первоначального заражения необходима влага, а проникновение инфекции часто происходит через раны. Бактериальным заболеваниям лука благоприятствуют теплые температуры, часто с оптимумом около 30-32 °C. Влажная, ветреная погода, сопровождаемая теплыми температурами, благоприятствует развитию болезни. Ветер вызывает повреждение листьев, брызги дождя способствуют распространению и проникновению бактерий, а тепло ускоряет последующее быстрое развитие болезни. Потенциальные причины повреждения включают срывание листьев под собственным весом и под действием ветра, истирание градом и раздуваемыми ветром частицами почвы, культивационные работы, обрезку для удаления листвы с шеек лука при сборе урожая или перед пересадкой рассады и повреждение вредителями.
Как частицы почвы, так и оборудование для культивации могут быть заражены патогенными бактериями. Оборудование может пройти мимо и подхватить бактерии с сорняков или других культур, на которых они могут существовать как бессимптомные поверхностные колонизаторы (эпифиты). Было показано, что некоторые патогенные бактерии выживают в пищеварительном тракте вредителей — например, Erwinia carotovora spp. carotovora в личинках и имаго луковой мухи, Delia antiqua и Pantoea ananatis могут выживать внутри и заражать лук через табачный трипс, Frankliniella fusca (Gitaitis et al., 2003). Когда листья лука складываются под собственным весом, внутренняя сторона складки может удерживать влагу и представлять собой уязвимое место для проникновения бактерий листовой гнили (Gitaitis et al., 1997). Во влажную погоду вода может скапливаться там, где молодые листья выходят из верхушки псевдостебля, и эта область, как было показано, очень восприимчива к инфекции Burkholderia cepacia. Луковицы лука подвержены инфекции во время сбора урожая, когда бактерии луковой гнили могут проникать в ткани листьев и проникать в верхнюю часть луковиц через шейку, если листья и срезанные шейки влажные (Wright and Triggs, 2005).
Диагностика
Идентификация первичного патогена, вызывающего бактериальную гниль, не всегда проста, поскольку гниющая ткань может быть заражена многочисленными вторичными условно-патогенными микроорганизмами, когда она начинает разлагаться. Агрессивный патоген должен быть выделен из них и идентифицирован. В новых ситуациях необходимо доказать, что предполагаемый изолят патогена вызывает заболевание у здоровых растений, когда они инокулированы им. Идентификация бактериальных патогенов является технически сложной задачей и часто включает «полифазную характеристику», когда для установления идентичности сочетается ряд различных биохимических, ДНК-ориентированных и иногда иммунологических методов (например, Gent et al., 2004a; Roumagnac et al., 2004a). Иногда могут быть разработаны быстрые и надежные диагностические средства, все чаще использующие методы на основе ПЦР, которые могут облегчить исследования биологии патогена, например, для обнаружения патогена в почве, на семенах или в качестве эпифита на сорняках и других видах сельскохозяйственных культур.
Методы, используемые для идентификации бактерий, включают:
- Изучение их внешнего вида, включая размер, форму, цвет вырабатываемых пигментов, подвижность и жгутики.
- Определение субстратов, на которых они могут расти. Коммерчески доступные системы микропланшетов позволяют определить, какой из большого количества углеводов может усваивать бактерия.
- Используются и другие биохимические и физиологические признаки, включая: (i) характерные экссудаты; (ii) способность к восстановлению нитратов; (iii) подкисление среды глюкозой; (iv) может ли бактерия расти аэробно и/или анаэробно; и (v) оптимальную температуру и pH для метаболической деятельности. Полученный в результате биохимических тестов (ii) и (iii) «метаболический отпечаток» служит для идентификации вида.
- Жирные кислоты бактерий, которые могут быть определены с помощью газожидкостной хроматографии, используются для их идентификации. Они могут быть охарактеризованы как по наличию определенных жирных кислот, так и по соотношению различных жирных кислот друг к другу.
- Последовательность ДНК генов, кодирующих рибосомальную РНК (рРНК), видоспецифична и может быть определена с помощью секвенирования ДНК (например, Roumagnac et al., 2004a). На основе этой информации были разработаны олигонуклеотидные праймеры для инициирования ПЦР (полимеразной цепной реакции) амплификации генов рРНК. ПЦР-амплификация экстрактов ДНК бактерий с использованием таких специфических праймеров может быть быстро и точно использована для идентификации видов бактерий (Mark et al., 2002).
- Последовательность ДНК спейсерной области между 16S и 23S регионами генов, кодирующих рибосомальную РНК, более изменчива, чем последовательности, кодирующие сами 16S и 23S регионы. Различия в этой лабильной области, которые могут быть уловлены как различия в длине или последовательности, могут быть полезны для идентификации между различными штаммами бактериального вида.
- Как и в случае с высшими растениями, различия в длине фрагментов после обработки выделенной ДНК различными эндонуклеазными ферментами (AFLP) могут быть использованы для идентификации бактерий (например, Roumagnac et al., 2004a).
Эпидемиология
Инфицированные остатки урожая являются важным источником инфекции для большинства этих заболеваний. Бактерии обычно дольше сохраняются на поверхностном мусоре, чем на мусоре, вспаханном под почву. Например, количество культурообразующих единиц Xanthomonas axonopodis pv. allii на листьях лука уменьшилось в 104-106 раз после 9 месяцев закапывания в почву на глубину 25 см по сравнению с оставлением на поверхности почвы (Gent et al., 2005). Зараженные добровольцы посевов аллиума являются еще одним потенциальным источником инокулята.
Многие бактериальные патогены могут сохраняться на поверхности других культур и на сорняках. Например, Xanthomonas axonopodis pv. allii может выживать эпифитно на посевах сухих бобов в Колорадо, США, и на ряде распространенных там сорняков. Выживание на такой растительности обычно продолжается не более 1 года после выращивания больного лука (Gent et al., 2005). В Джорджии, США, Pantoea ananatis и Pseudomonas viridiflava сохраняются на ряде сорняков на луковых полях. Pseudomonas viridiflava была обнаружена на примуле вечерней в нескольких километрах от посевов лука и через несколько лет после того, как лук выращивался поблизости. Была замечена связь между гербицидным контролем этого сорняка на луковых полях и степенью заражения посевов (Gitaitis et al., 1998).
Pseudomonas viridiflava не был обнаружен в почве или воде. С другой стороны, Burkholderia cepacia может выживать в почве в течение длительного времени, хотя ее частота увеличивается при выращивании лука (Yohalem and Lorbeer, 1997). Ирригационная вода, стекающая с зараженных культур, является еще одним потенциальным источником инокулята, как было показано для X. axonopodis pv. allii (Gent et al., 2005).
Было показано, что ряд бактериальных патогенов передается семенами, как указано в таблице 5.5. Генетическое сходство большинства штаммов Pseudomonas syringae pv. porri, вызывающих поражение листьев лука-порея во всем мире, указывает на его передачу на семенах из Европы, откуда поставляется большинство семян лука-порея (Noble et al., 2006). Руманьяк и др. (2000) обнаружили X. axonopodis pv. allii на нескольких семенных участках лука. Исследование развития болезни на полях, засеянных 0,04% инфицированных семян, показало, что при теплой погоде, последовавшей за влажной и ветреной погодой, наблюдалось распространение вокруг случайных очагов больных растений, вероятно, полученных из инфицированных семян (Roumagnac et al., 2004b). Инфицированные луковичные комплекты также могут стать источником заболевания. В Великобритании луковичные культуры, выращенные из комплектов, были заражены Burkholderia gladioli pv. alliicola, в то время как культуры, выращенные из семян, не были заражены (Davies and Taylor, 1994).
Распространение бактериальных заболеваний зависит от погодных условий, влажность необходима для заражения, а температура около 30 °C обычно оптимальна для развития болезни. Шварц и др. (2003) вывели регрессионные модели, связывающие развитие пятнистостей листьев с погодными условиями в Колорадо. Как для поражения Pantoea ananatis, так и для поражения X. axonopodis pv. allii появление болезни было связано с высокими температурами июля, а для последнего заболевания наблюдалась сильная связь тяжести с высокими температурами июля и большим количеством осадков в июле и августе.
Изменения в агрономической практике часто приводят к появлению новых проблем, связанных с болезнями. Например, бактериальная гниль хранящегося лука стала заметной в Великобритании, когда принудительная вентиляционная сушка с использованием воздуха температурой около 30°C была применена к луковицам, убранным с полей (Davies and Taylor, 1994). Высокие температуры были введены для получения кожицы луковиц коричневого цвета, привлекательной для покупателей.
Меры контроля
Как и всегда в патологии растений, рациональные меры борьбы требуют знания того, что вызывает болезнь, а также информации о жизненном цикле патогена, включая альтернативные растения-хозяева, выживание в почве и в растительных остатках, способы распространения патогена и то, как на это влияет погода. Управление болезнями использует такую информацию, чтобы избежать или минимизировать начальную инокуляцию бактериальных болезней и применять бактерициды только тогда, когда погодные условия делают распространение болезни вероятным, тем самым минимизируя риск развития устойчивых к бактерицидам штаммов патогена.
Программы интегрированного управления болезнями для достижения этих целей должны включать:
- Обеспечение отсутствия патогенов в семенах и наборах. Это особенно важно в эпоху глобальных семенных компаний, торгующих семенами между странами и континентами.
- Поддержание хорошей гигиены посевов путем удаления или закапывания больных остатков, добровольцев аллиума и сорняков, на которых патогены выживают в качестве эпифитов.
- Использование севооборота с нехозяинными культурами с промежутком минимум в 1 год между посевами аллиума. Например, мелкие зерновые культуры рекомендуются в севообороте для уменьшения количества X. axonopodis pv. allii.
- Разделение уязвимых культур во времени и пространстве, чтобы не было непрерывного «инфекционного цикла» от одной культуры аллиума к другой.
- Избегать чрезмерного азотного удобрения, которое может привести к образованию пышной листвы, легко повреждаемой ветром и движением культиваторов, а также к поддержанию влажного микроклимата в посевах.
- Минимизация повреждений растений в результате культивации и хорошей борьбы с вредителями.
Условия вокруг времени сбора урожая могут быть критическими в определении уровня гнили луковиц в хранящемся луке. Серия исследований, проведенных вблизи Пукекоэ в Новой Зеландии, показала, что сухие ткани шейки и листьев менее подвержены инфекции. Бактерии могут проникнуть в шейку и попасть в луковицу, заразив зеленые листья или через влажные срезы шейки. Цель систем сбора урожая должна заключаться в том, чтобы как можно быстрее высушить шейки и листья лука, срезать листья с шеек, когда они максимально сухие, и обеспечить быстрое высыхание шеек после среза. В этом может помочь принудительная вентиляция сухим воздухом. Важно не повредить верхушки луковиц, срезая шейки слишком низко. Срезать луковицу без повреждений тем легче, чем суше шейка (Райт и Триггс, 2005). Бактериальная гниль луковиц в хранилищах, как правило, более серьезна после влажного сезона сбора урожая.
Устойчивые сорта были бы полезны в борьбе с болезнями, но имеется мало сообщений об устойчивости к бактериальным заболеваниям. Райт и Грант (1998) исследовали широкий спектр видов аллиума на устойчивость к листовой гнили штаммов Ps. viridiflava и Ps. marginalis, выделенных из гнилых луковиц лука. Наблюдались значительные различия в восприимчивости, но большинство видов овощей включали восприимчивые типы, хотя были и высокоустойчивые линии чеснока и чивеля, а также некоторые устойчивые дикие виды аллиума. Разные авторы сообщали о различиях в восприимчивости других овощей семейства аллиевых к Ps. syringae pv. porri, вирулентному на порее (Noble et al., 2006). Это может быть связано с различиями в методах или отражать истинные различия в вирулентности разных штаммов патогена. В исследовании тропических сортов лука наиболее устойчивыми к бактериальной гнили луковиц оказались сорта с высоким процентом сухого вещества и мелкими луковицами (Swee-Suak Ko et al., 2002).
Бактерициды используются для предотвращения вспышек заболеваний, замедления или предотвращения эпидемий, особенно листовой гнили. Наиболее широко используются бактерициды на основе меди, но цинк и некоторые другие металлические ионы обладают бактерицидными свойствами. Некоторые из них содержат гидроксид меди, другие — хелатную медь. Препараты на основе меди являются профилактическими, в то время как бактерициды поверхностного действия и опрыскивания необходимо начинать до того, как инфекция проникнет в растение. Имеются сообщения об устойчивости патогенов к медным фунгицидам, поэтому бактерициды, сочетающие медь и манеб (фунгицид на основе этиленбисдитиокарбамата (EBDC)), в настоящее время являются наиболее эффективной стратегией борьбы. В Колорадо для борьбы с X. axonopodis pv. allii рекомендуется применять эту комбинацию каждые 5-10 дней в виде опрыскивания с большим объемом для обеспечения полного покрытия листьев, начиная за 2 недели до появления луковиц. Это приводит к восьми или более опрыскиваниям на одну культуру. Фунгициды EBDC являются канцерогенными, и существует давление со стороны регулирующих органов, чтобы уменьшить и даже отменить их использование в будущем (Гент и Шварц, 2005).
Четыре опрыскивания ацибензолар-S-метилом — химическим элиситором системной приобретенной устойчивости (SAR) растений к патогенным инфекциям в целом (Vallad and Goodman, 2004) — были столь же эффективны в борьбе с X. axonopodis pv. allii leaf blight, как девять-двенадцать опрыскиваний медью плюс манеб (Gent and Schwartz, 2005). Однако активация системных защитных механизмов требует от растения «метаболических затрат», и в отсутствие болезни урожайность лука, обработанного ацибензолар-S-метилом, была примерно на 24% ниже, чем у необработанного. Опрыскивание конкурентными бактериями Pantoea aglomerans и Pseudomoas fluorescens также снизило инфекцию, и биологический контроль с помощью бактериальных антагонистов может стать еще одной альтернативой традиционным бактерицидам в будущем (Gent and Schwartz, 2005).
Бактериальный рак (Burkholderia cepacia)
Бактериальный рак (sour skin или bacterial canker). Название (кислая кожица) происходит от кислого запаха луковиц лука, зараженных Burkholderia cepacia.
Возбудитель: Burkholderia cepacia (ранее Pseudomonas cepacia).
История и распространение
B. cepacia была впервые выделена в США Буркхолдером в 1950 году из гнилого лука в Нью-Йорке и считается основным бактериальным патогеном лука на Филиппинах (Daengsubha and Quimio, 1980). Впервые он был выделен в Австралии в 1985 году (Cother and Dowling, 1985), а о единичных случаях его появления сообщалось в Венгрии (Fustos and Szarka, 1985) и в Мексике (Manrique et al., 1991). О бактериальной луковой гнили лука, вызываемой Pseudomonas spp., также сообщалось в Корее (Choi and Han, 1990).
Механизмы инфекции
Для заражения B. cepacia, вероятно, требуется рана (Kawamoto and Lorbeer, 1972b; Gonzalez et al., 1997), а симптомы могут указывать на гиперчувствительную реакцию (Kawamoto and Lorbeer, 1972a). Загрязненная водой ткань на стыке между листовой пластинкой и влагалищем (ось листа) была очень восприимчива к инфекции при колотой инокуляции B. cepacia (Kawamoto and Lorbeer, 1974). Молодые листья лука, по-видимому, являются основным местом проникновения этой бактерии до заражения луковицы. Это согласуется с «комбинацией патоген-хозяин» (Klement and Lovrekovich, 1962) и «эусимбиотическими отношениями» (Klement, 1963). Взаимодействие более сложное в зрелых листьях, где трудно провести различие между поведением B. cepacia как патогена и как сапрофита.
Бактериям необходим механизм, вызывающий и поддерживающий застой воды в межклеточных пространствах (Rudolph et al., 1994). Внеклеточные полисахариды встраивают бактерии в межклеточные пространства, и эти полисахариды могут участвовать в индукции и поддержании застоя воды в этих пространствах (Rudolph et al., 1994). Межклеточная жидкость из устойчивых, но не из восприимчивых листьев фасоли деградирует или инактивирует внеклеточные белки Pseudomonas phaseolicola (El-Banoby et al., 1981). Сассер и др. (1970) предположили, что высокий осмотический потенциал межклеточной жидкости листьев перца препятствует размножению Xanthomonas vesicatoria и что застой воды снижает этот потенциал, так что бактерии могут размножаться и вызывать болезни. Было показано, что B. cepacia быстрее распространяется в пропитанной водой ткани, чем в незагрязненной ткани лука (Kawamoto and Lorbeer, 1974), а гистологические исследования позволили предположить, что она перемещается по межклеточным пространствам в виде свободно плавающих клеток или небольших комков (Kawamoto and Lorbeer, 1972b).
B. cepacia часто наблюдали в субустьичных полостях, и вторжение происходит изнутри листа через межклеточные пространства. Бактерии в субустьичных полостях были связаны нитями бактерий с другими массами бактерий и обычно прослеживались к более крупным участкам бактериальной колонизации, расположенным ближе к месту инокуляции (Kawamoto and Lorbeer, 1972b). Следовательно, луковицы лука с несколькими инфицированными чешуйками могут быть результатом одной первичной инфекции, а не результатом множественных инфекций (Kawamoto and Lorbeer, 1972a).
Пектолитические ферменты могут быть ответственны за мягкую гниль, вызываемую этим патогеном в луке. Фитопатогенные штаммы B. cepacia вырабатывают эндополигалактуроназу (ПГ) (Gross and Cody, 1985), в то время как непатогенные штаммы — нет (Gonzalez et al., 1997). Следовательно, ПГ отвечают за мацерацию как чешуек, так и тканей листьев и участвуют в развитии болезни (Ulrich, 1975). Поскольку кислые молекулы плохо проникают в ткани и не вызывают повреждения мембран, вероятно, кислые ПГ B. cepacia проникают в ткани путем пектолиза клеточных стенок (Ulrich, 1975), что, в свою очередь, снижает рН ткани с 5,5 до 4,0, облегчая тем самым активность фермента, которая оптимальна при рН 4,4-4,6. Оптимальная температура для патогенеза B. cepacia в луке составляет приблизительно 32°C, а при повышенной температуре фитопатогенный штамм B. cepacia ATCC 25416 продуцировал непектолитические производные (Gonzalez et al., 1997). Gonzalez et al. (1997) сообщили, что ген, кодирующий производство полигалактуроназной активности фитопатогенной B. cepacia 25416, детерминирован плазмидой.
Симптомы
Буркхолдер (1950) предположил, что B. cepacia проникает в луковицы лука через раны в шейке, когда верхушки удаляются при уборке урожая. Однако заражение происходит и до сбора урожая, что позволяет предположить, что проникновение бактерий также происходит в верхние части растений из-за методов управления или определенных условий окружающей среды (Kawamoto, 1966; Kawamoto and Lorbeer, 1972b).
Зараженные луковицы демонстрируют бактериальную мягкую гниль в наружных луковичных чешуях, цвет которых варьируется от бледно-желтого до коричневого. Эта гниль остается локализованной на зараженных чешуях, без перемещения между чешуями. При развитых инфекциях внешние инфицированные чешуи могут соскальзывать при обработке, обнажая желтый налет на нижней стороне чешуи с зернистой текстурой.
B. cepacia может вызывать поражение листьев лука. Kawamoto и Lorbeer (1974) сообщили, что искусственная инокуляция частей листьев B. cepacia через рану привела к образованию поражений, которые быстро разрастались только тогда, когда ткань листа была залита водой. Молодые листья лука более восприимчивы к B. cepacia, тогда как большинство зрелых листьев не дают симптомов (Kawamoto and Lorbeer, 1972b). Когда B. cepacia поражает раненые ткани лука, пропитанные водой, симптомы типичны для мягкой гнили, тогда как в незараженных тканях инфекция проявляется как сухое поражение листьев (Kawamoto and Lorbeer, 1974).
Симптомы болезни коррелируют с уровнем популяции B. cepacia в листе лука и не зависят от времени (Kawamoto and Lorbeer, 1972a). Уровень популяции B. cepacia снижался после появления симптомов, и это становилось более выраженным, когда листья высыхали после стадии мягкой гнили в тканях луковицы (Kawamoto and Lorbeer, 1972a). В 1998 году в полевых условиях бактериальные поражения, похожие на раковую опухоль, наблюдались на ости листьев крайнего листа, и B. cepacia была названа возбудителем болезни (Lorbeer et al., 1998). При инокуляции B. cepacia внутренней оси листа, в отличие от внешней, наблюдалось усиление развития болезни. Считается, что когда инфицированный внутренний лист становится наружным по мере созревания лука, рак становится очевидным на поле (Mark et al., 1999b).
Недавние исследования в Нью-Йорке (Lorbeer et al., 1998; Mark et al., 1999b) показали, что B. cepacia может заражать луковичные растения, растущие в полевых условиях, через ось листьев, вызывая болезнь. Эта форма инфекции приводит к гибели зараженного листа и последующему заражению шейки и луковицы растения. Бактериальный рак луковых растений и кислая кожица луковиц — это прогрессирующие стадии заболевания, которые могут возникнуть при заражении B. cepacia луковых растений, растущих в поле. Инфицирование сочной ткани шейки лука, убранного при уборке урожая, в конечном итоге приводит к развитию стадии кислой кожицы в луковицах лука, находящихся на хранении.
Эпидемиология
В условиях окружающей среды, обеспечивающих длительные периоды застоя воды в инфицированных тканях листьев, B. cepacia проникает в ткани луковиц луковичных растений. Если условия благоприятствуют развитию болезни, инфекция прогрессирует и приводит к образованию бактериальной мягкой гнили на чешуйках. Однако в сухую погоду поражение засыхает, и развитие инфекции останавливается. В контролируемых экспериментах при неблагоприятных условиях, т.е. низкой влажности, поражение раком засыхало, и зараженный лист отмирал (Lorbeer et al., 1998; Mark et al., 1999b).
B. cepacia может быть связана с органическими частицами почвы и загрязненной ирригационной водой. Бактерия обычно попадает в свежесрезанные шейки луковиц, которые еще зеленые и сочные. Если правильно проводить подрезание и пригибание, шейки станут сухими, B. cepacia не выживет и инфекция не возникнет. Заражение может произойти в результате попадания загрязненной воды на молодые листья и перемещения ее в лакуны листьев, к оси листа, а затем на внешние чешуйки. Инфекция развивается быстрее, если инокулировать B. cepacia внутренние, а не внешние листья, и продвигается в наружные чешуи луковицы через зараженные листья и соответствующие чешуи луковицы. Бактерии, как правило, быстрее распространяются в тканях, смоченных водой, когда температура превышает 30 °C.
Может сохраняться в почве.
Возбудитель - Burkholderia cepacia
Таксономические и биохимические характеристики
B. cepacia относится к группе протеобактерий в подклассе бета, синонимы Pseudomonas cepacia и Pseudomonas kingii (Palleroni, 1992; Yabuuchi et al., 1992; Lessie et al., 1996). Это облигатный аэроб, образующий грамотрицательные палочки размером 1,6-3,2 X 0,8-1,0 мкм (Davis, 1995), выделяющие нефлуоресцирующие желтые, кремовые или белые пигменты. Оптимальная температура роста in vitro составляет 30-35°C, но большинство штаммов способны расти при 40 °C. В культуре они встречаются поодиночке или парами и подвижны с помощью одного или нескольких полярных жгутиков. B. cepacia является оксидазоположительным, каталазоположительным и может расти в стерильной деионизированной воде (Gelbart et al., 1976). Различные штаммы составляют гетерогенную группу и ранее упоминались как одни из самых универсальных в питательном отношении среди всех псевдомонад (Stanier et al., 1966; Ballard et al., 1970; Palleroni, 1984), поскольку они могут использовать более 100 различных источников углерода (Davis, 1995). B. cepacia может производить кислоту из D-фруктозы, D-арабинозы и целлобиозы, но не из L-рамнозы в окислительной/ферментативной среде, и обладает способностью использовать себакат 2,3-бутандиола, мукат, сахарат, мезо-тартрат и L-тартрат в качестве единственных источников углерода. B. cepacia может расти на D-тартрате и мезаконате, но не на декарбоксилированном аргинине. Было показано, что бактерия накапливает поли-P-гидроксибутират в качестве внеклеточного источника углерода (Palleroni and Holmes, 1981; Palleroni, 1984) и может восстанавливать нитрат до нитрита, но не денитрифицирует и не разжижает желатин (Davis, 1995). Некоторые штаммы B. cepacia проявляют множественную устойчивость к антибиотикам, в то время как другие продуцируют антибиотические вещества, такие как бактериоцин (Gonzalez and Vidaver, 1979), ксилокандины (Meyers et al., 1987), цепацины А и В (Parker et al., 1984) и пирролнитрин (Janisrewicz and Roitman, 1988).
Генетические характеристики
B. cepacia был отнесен к подклассу бета группы протеобактерий, который дифференцируется по меньшей мере на пять различных геномоваров, называемых в совокупности комплексом Burkholderia cepacia, на основании анализа последовательности рибосомальной (рРНК) (rrn) гена (Palleroni, 1992; Yabuuchi et al., 1992; Lessie et al., 1996). Фенотипическая диагностика привела к тому, что Burkholderia multivorans была предложена в качестве геномовара II, а геномовар V был идентифицирован как недавно описанный Burkholderia vietnamiensis. Остальные геномовары I, III и IV зависят от дифференциальных фенотипических тестов (Vandamme et al., 1997). B. cepacia демонстрирует высокую геномную пластичность, имея большой сложный геном размером примерно 4-9 Мб (McArthur et al., 1988), содержащий множество инсерционных последовательностей (IS) (Gaffamme, 1997). последовательностей (IS) (Gaffney and Lessie, 1987).
Высокая адаптивность и потенциал катаболической функции B. cepacia могут быть обусловлены преобладанием IS-элементов в геноме и связанных с ним плазмидах (Lessie et al., 1990; Wood et al., 1990). Эти IS-элементы были вовлечены в эволюцию метаболических путей и в плазмидную и хромосомную перестройку различных штаммов (Hendrickson et al., 1996). У B. cepacia был идентифицирован ряд IS-элементов на основании их способности способствовать генетической перестройке (Gaffney and Lessie, 1987) и использовать чужеродные гены путем слияния репликонов (Barsomian and Lessie, 1986). Это может объяснить быстрое развитие его адаптивных способностей и выносливости. Также было высказано предположение, что гены передаются латерально между Burkholderia и другими родами и что новые метаболитные способности появляются в результате генетических вариаций, а также модификации существующих путей деградации токсичных соединений (Hendrickson et al., 1996).
Хромосомы видов рода Burkholderia содержат множество репликонов (Michaux et al., 1993; Zuerner et al., 1993; Cheng and Lessie, 1994), что приводит к вариациям в различных геномоварах. Было показано, что число репликонов и общий размер генома варьируют между геномоварами комплекса Burkholderia (Lessie and Manning, 1995; Yao and Lessie, 1998).
Картирование макрорестрикционных фрагментов генома B. cepacia показало, что B. cepacia ATCC 17616 состоит из трех репликонов размером 3,4, 2,5 и 0,9 Мб (Cheng and Lessie, 1994). Различные биосинтетические и деградирующие функции были связаны с репликонами размером 3,4 и 2,5 Мб, и все три содержали гены рРНК (Cheng and Lessie, 1994). Три хромосомы были обнаружены у B. cepacia ATCC 25416 (Rodley et al., 1995). Эксперименты по южной гибридизации показали, что все три репликона в B. cepacia ATCC 17616 содержат гены для 16S и 23S областей РНК оперона рРНК (Cheng and Lessie, 1994). Репликация размером 3,4 Мб содержала три набора генов рРНК, а реплики размером 2,5 и 0,9 Мб содержали по шесть наборов генов рРНК (Lessie and Manning, 1995).
Биохимические и физиологические методы диагностики для идентификации
Обычные биохимические тесты, Biolog, индекс аналитического профиля и мультилокусный ферментный электрофорез
Большинство изолятов B. cepacia обладают рядом биохимических характеристик, и обычные тесты могут быть использованы для быстрой идентификации этого фитопатогена. К ним относятся способность использовать пенициллин G, L-треонин и дисахариды, такие как трегалоза и целлобиоза, в качестве единственных источников углерода (Lessie et al., 1996); B. cepacia также может метаболизировать ортофталат и D-серин (Lessie and Gaffney, 1986). Подвижность можно быстро проверить, используя инокуляцию ножом в среду для подвижности (bioMerieux Inc., Хейзелвуд, Миссури). Поскольку B. cepacia является строго аэробной, оксидазоположительной и способна расти при 41°C, ее можно отличить от Enterobacteriaceae. Многие штаммы продуцируют нефлуоресцентные пигменты, которые отличают их от флуоресцентных псевдомонад на среде Кинга B (KMB). Их неспособность продуцировать ксантомонадины может отделить их от ксантомонад. Псевдомонады не растут в кислых условиях; однако B. cepacia может расти при pH 5,5.
Два диагностических метода для идентификации B. cepacia — это система микропланшетов Biolog GN (Biolog Inc., Хейворд, Калифорния) и диагностическая полоска аналитического индекса профиля (API) 20NE (bioMerieux Inc., Хейзелвуд, Миссури). Первый представляет собой стандартизированный микрометод, использующий 95 тестов на утилизацию углеводов для идентификации ряда энтеральных, неферментирующих и фасцидозных грамотрицательных бактерий. Если происходит окисление предварительно высушенного обезвоженного источника углеводов бактериями, вспышка дыхания уменьшает индикатор тетразолий фиолетовый (окислительно-восстановительный краситель), что приводит к фиолетовой окраске. Интенсивность окраски измеряется относительно контрольной лунки, не содержащей источника углеводов. Получается «метаболический отпечаток» (Bochner, 1989a, b), который считывается программным обеспечением Microlog через микропланшетный ридер при 590 нм после инкубации при 30 °C в течение 4, 6 и 16-24 ч (Biolog Inc., 1990; Gadzinski, 1990). Контроль качества должен проводиться с известным изолятом B. cepacia. Одним из недостатков является то, что штаммы B. cepacia склонны давать «ложноположительные результаты», которые, однако, в основном проявляются в виде более светлого изменения цвета, чем обычно бывает при ложноположительном результате, и поэтому образец все еще может быть прочитан. Однако, поскольку бактерии из почвы могут легко накапливать внеклеточные углеводы, «ложноположительные результаты» могут проявляться в виде более темного изменения цвета, что делает образец нечитаемым. Ложноположительные результаты» могут наблюдаться после инкубации в течение всего 4 ч. Производители рекомендуют использовать протокол, принятый для Klebsiella, Enterobacter и Serratia (Adams and Martin, 1964; Bryan et al., 1986), при котором инокулят бактерий разбавляется в 20 раз перед использованием в тесте. Выращивание бактерий на минимальной среде перед проведением теста может уменьшить количество ложноположительных результатов.
API 20NE — это стандартизированный микрометод, состоящий из восьми обычных и 12 ассимиляционных тестов для идентификации нефастующих неэнтеральных грамотрицательных палочек. Восемь обычных тестов — это снижение содержания нитратов, производство индола, подкисление глюкозы, аргинин дигидролаза, уреаза, гидролиз P-глюкозидазы, гидролиз протеазы и производство p-галактозидазы. Индекс профиля рассчитывается и анализируется базой данных profile-index. Эта диагностическая система не имеет ложноположительных результатов и эффективна для быстрого биохимического тестирования (Gilardi, 1983). Однако некоторые штаммы могут демонстрировать нетипичные биохимические реакции из-за необычных требований к питанию или мутаций.
Ни один из диагностических тестов не может быть использован в эпидемиологических целях для установления идентичности между изолятами одного и того же вида бактерий. Мультилокусный ферментный электрофорез может быть использован для разделения генетически определенных единиц популяционной структуры и может различать близкородственные штаммы бактерий одного вида (McArthur et al., 1988; Whittam, 1989; Carson et al., 1991; Yohalem and Lorbeer, 1994).
Молекулярная диагностика - B. cepacia
Биохимическая диагностика B. cepacia имеет определенные недостатки, поскольку некоторые штаммы могут проявлять нетипичные фенотипические реакции, особенно клинические штаммы (Baxter et al., 1997). В последнее время наметился переход к использованию молекулярной диагностики для идентификации B. cepacia, при этом основное внимание уделяется клиническим изолятам.
Диагностика с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) позволяет быстро обнаружить и идентифицировать бактериальные патогены, включая биопробы, направленные на видоспецифичные гены рРНК комплекса Burkholderia (Karparti and Jonasson, 1996; Clode et al., 1999; LiPuma et al., 1999). Несколько методов подготовки шаблона ДНК B. cepacia, используемого в ПЦР, включают эмульгирование (Clode et al., 1999), кипячение и соникацию (Karpati and Jonasson, 1996) колоний бактерий. В диагностической ПЦР для получения видоспецифичных бактериальных ДНК-мишеней часто используются праймеры, кодирующие 16S и 23S рРНК рибосомных хромосомных генов (Karpati and Jonasson, 1996). Было сконструировано несколько олигонуклеотидных праймеров, специфичных для двух областей рРНК в геноме B. cepacia.
Clode et al. (1999) сообщили, что из 78 бактериальных культур, биохимически диагностированных как B. cepacia, 75 реагировали со специфическими праймерами B. cepacia. Однако три бактериальные культуры дали ампликон со специфическими праймерами Burkholderia gladioli. Пятнадцать асахаролитических изолятов были подтверждены как B. cepacia с помощью диагностической ПЦР, но с другими неферментирующими грамотрицательными видами не было обнаружено амплификации с использованием наборов праймеров. При диагностике B. cepacia с помощью ПЦР не было ложноположительных результатов. Однако Karpati и Jonasson (1996) сообщили о более низкой чувствительности при выявлении B. cepacia в мокроте пациентов с муковисцидозом по сравнению с лабораторными штаммами, что может быть связано с генетической гетерогенностью. LiPuma et al. (1999) сообщили, что анализ, основанный на анализе генов 16S и 23S рРНК B. cepacia ATCC 25416 (геномовар I), оказался полезным для идентификации геномоваров I, III и IV как группы со 100% чувствительностью и 99% специфичностью, и что в настоящее время ведется разработка ПЦР-анализа для различения геномоваров B. cepacia.
Субтипирование продуктов ПЦР B. cepacia с использованием ряда эндонуклеаз в анализе полиморфизма длины рестрикционных фрагментов (RFLP) (Singleton, 1999) также может позволить выявить различия между штаммами. При риботипировании методом ПЦР длина спейсерной области, расположенной между 16S и 23S регионами оперона рРНК, может варьировать. Это изменение может происходить в разных копиях оперона рРНК в пределах одной хромосомы, поэтому при использовании электрофореза может получиться более одной полосы. Вариации длины спейсерной ДНК в различных бактериальных изолятах могут быть использованы для целей типирования (Kostman et al., 1992; Ryley et al., 1995; Shreve et al., 1997; Singleton, 1999). ПЦР-риботипирование — это быстрый и точный метод типирования B. cepacia, который занимает меньше времени, чем стандартное риботипирование (Daser et al., 1994).
Использование полуселективных сред
Колонии B. cepacia демонстрируют интенсивный зеленый металлический блеск на среде с глюкозным индикатором Эозин метиленовый синий (PCAT), что обусловлено высоким уровнем конститутивно образующейся глюкозодегидрогеназы (Sage et al., 1990). Существует несколько других полуселективных сред для биотипов B. cepacia из почвы. Среда PCAT (Lumsden et al., 1986) допускает рост организмов, способных использовать специфические соединения, и может ограничивать разнообразие выделенных биотипов B. cepacia. TB-T (Hagedorn et al., 1987) основан на комбинации трипанового синего (TB) и тетрациклина (T), использует базовую среду из глюкозы и L-аспарагина, включает кристаллический фиолетовый и нистатин. Двадцать восемь процентов факультативных организмов также могут расти на этой среде и могут быть отделены от B. cepacia по анаэробной ферментации глюкозы и по их неспособности расти при 41 °C. Эффективность восстановления на TB-T составляет 78-86%, и восстановление биотипов B. cepacia может происходить из низких концентраций почвы (т.е. 101-103 мл-1). Для клинической идентификации используется полуселективная среда, содержащая колистин для B. cepacia (Henry et al., 1997). Однако сообщалось, что другие грамотрицательные изоляты, устойчивые к колистину, могут расти на этой среде (Hutchinson et al., 1996). Clode et al. (1999) сообщили об использовании другой полуселективной среды MAST (MAST Diagnostics, MAST Group, Merseyside, UK) для идентификации B. cepacia.
Ареал обитания патогена
Как фитопатоген, B. cepacia в течение многих лет казалась специфичной для лука. Однако в 1980 году Диттапонгпитч и Даенгсубха сообщили, что он также патогенен для китайской капусты. Недавно было показано, что она заражает шалот и дикий лук-порей (A. tricoccum) (Mark et al., 1999b). Yohalem и Lorbeer (1997) обнаружили, что патогенность B. cepacia для лука является переменной характеристикой, что пектолитическая активность и патогенность ряда изолятов B. cepacia сильно коррелируют, и что штаммы, выделенные из больничной среды, непатогенны для лука.
B. cepacia была выделена из ризосферы широкого спектра растений, таких как кукуруза (DiCello et al., 1997; Nacamulli et al., 1997), горох (King and Parke, 1996), огурец (Bevivino et al., 1997), соя, латук, табак (Tsuchiya et al., 1995), ячмень, рожь (Mark et al., 1999b) и хлопок (Heydari et al., 1997). Развитие растений значительно повлияло на биоразнообразие популяции B. cepacia на корнях кукурузы, где более высокий полиморфизм B. cepacia наблюдался на ранних стадиях роста (DiCello et al., 1997).
Выживание и поведение в почве
B. cepacia может сохраняться в почве в течение длительного времени (Sangodkar et al., 1988), независимо от количества просачивающейся воды (Hekman et al., 1994). Его генетическое разнообразие увеличивается с изменчивостью окружающей среды (McArthur et al., 1988). Yohalem и Lorbeer (1997) сообщили, что B. cepacia была выделена из всех сельскохозяйственных почв, с которых они брали пробы, но патоген встречался реже и его было труднее выделить на полях, не засеянных луком.
Фото
Дополнительные фотографии в Google.Images
Бактериальная полосатость и луковичная гниль (Pseudomonas viridiflava)
Бактериальная полосатость и луковая гниль лука (Bacterial Streak и Bulb Rot) вызываются Pseudomonas viridiflava (Burkholder) Dowson.
История и распространение
Впервые P viridiflava была отмечена на луке в Джорджии, США, в 1990 году (Gitaitis et al., 1991). После первого сообщения болезнь была обнаружена во Флориде, Колорадо (Schwartz и Otto, 1998) и Венесуэле (Hidalgo, Barquisimeto, 1999, личное сообщение).
Cимптомы
Болезнь может быть очень разрушительной и привести к полной потере урожая из-за повреждения листвы и гниения луковиц в поле и во время хранения. В Джорджии, Флориде и Венесуэле болезнь поражала сладкий лук, продаваемый на свежем рынке. Однако в Колорадо болезнь ассоциировалась с сухоцветным луком острого вкуса (Шварц и Отто, 1998).
Обычно поражения развиваются в виде темных, пропитанных водой полос, пересекающих большую часть длины листа. В большинстве случаев первым листом, на котором проявляется симптом, является третий лист с внешней стороны; однако при благоприятных для бактерии условиях может поражаться все растение. Ранние поражения, связанные с небольшими ранами или инфекцией через устьица, имеют небольшие размеры (< 1,0 см), овальную форму, оливково-зеленый или коричневый цвет и могут быть окружены хлоротичной зоной. После заражения поражения развиваются быстро и распространяются вниз к шейке луковицы. Зараженные листья могут казаться влажными или мягкими, очень темно-зеленого или черного цвета, с проступающими жилками. Симптомы этого типа часто связаны с мягкой гнилью основания листа, и при осторожном потягивании такие листья легко отрываются от растения. Однако в некоторых условиях пораженные листья высыхают, имеют цвет от коричневого до светло-коричневого и скручиваются назад от кончика листа. Неясно, связаны ли симптомы отмирания лопастей листьев с этим заболеванием.
Когда погодные условия благоприятны для развития болезни, обычно луковицы загнивают в поле. Луковицы сильно зараженных растений практически невозможно собрать, так как листья отрываются от луковицы в процессе подъема, а гниющая луковица остается в земле. У растений с более слабым заражением луковицы могут выглядеть нормально во время уборки, но гниль может проникнуть в шейку луковицы через один зараженный лист и попасть на внутренние чешуи до того, как луковицы будут собраны или вылечены. Если луковицы еще не заражены на момент уборки, но растения незрелые или неправильно вылечены, бактерия может проникнуть через шейку во внутренние чешуи луковицы, что приведет к послеуборочному увяданию.
Как правило, на самых ранних стадиях гниения луковицы внутренние чешуйки приобретают отчетливый, бледный, лимонно-желтый цвет. Обесцвечивание быстро становится красновато-коричневым или коричневым, и его трудно отличить от гнили, вызванной другими патогенами. На ранних стадиях гнили луковицы колонизированные ткани флуоресцируют при просмотре под ультрафиолетовым светом. Во многих случаях за этим следует образование блестящего, сине-зеленого, металлического материала, который может окрашивать внутренние чешуйки лука. Однако другие возбудители мягкой гнили или вторичные микроорганизмы могут быстро колонизировать поврежденные ткани. Вследствие этого луковицы становятся более мягкими и влажными и демонстрируют многочисленные цветовые вариации.
Механизмы заражения
Хотя бактерии могут проникать через естественные отверстия, такие как стомы, новые поражения часто связаны с каким-либо видом физического повреждения, как, например, раны, вызванные питанием насекомых, песком, сдуваемым ветром, или механическим соскабливанием сельскохозяйственным оборудованием, или складки, образующиеся в верхней части листа при разрушении листвы (симптомы флагообразования). Тип и степень физического повреждения может иметь прямое отношение к тяжести инфекции, а также к появлению симптомов.
Хотя P viridiflava иногда выделяли из некротических кончиков листьев, было предположено, что она присутствует на перекормленных растениях как вторичный колонизатор, а не как первичный патоген. Бактерию не удалось обнаружить на соседних растениях, которые имели схожие симптомы отмирания верхушек и получали меньшее количество азота.
Эпидемиология
В целом, фитопатогенные бактерии группы ‘syringae’ плохо выживают в почве, и когда ткани хозяина разлагаются, бактерию уже невозможно обнаружить. Это, по-видимому, справедливо и для P viridiflava в инфицированных тканях лука (Gitaitis et al., 1997). В Джорджии, США, P viridiflava был обнаружен в качестве постоянного эпифита на сорняках на луковых полях и рядом с ними, а также в отдаленных несельскохозяйственных местах. Известно, что он выживает в межсезонье в ассоциации с несколькими видами сорняков (Gitaitis et al., 1998a), особенно на примуле вечерней (Oenothera laciniata), которая также является наиболее значительным сорняком на луковых полях в Джорджии.
Воздушно-капельное распространение возможно, но точное расстояние, на которое может распространяться бактерия, неизвестно. Значительное снижение заболеваемости наблюдалось при улучшении борьбы с сорняками на луковых полях. Это говорит о том, что бактерии обычно распространяются на довольно ограниченные расстояния. Бактерия также может передаваться механическим путем с помощью сельскохозяйственного оборудования, которое контактирует с сорняками по периметру поля, а также работниками во время уборки урожая. Когда ножницы для срезания лука, зараженные P viridiflava, использовались для удаления верхушек лука при сборе урожая, незрелый лук или лук, которому не дали «полевого лечения» в течение минимум 48 часов до срезания, развил значительно больше гнили во время хранения. Вполне вероятно, что правильно вылеченные зрелые луковицы имеют достаточно высушенные ткани в шейке, чтобы служить барьером для инфекции через зараженные луковые ножницы.
В Джорджии, США, вспышки бактериального стрептококка и гнили луковиц чаще всего происходят в период с января по апрель, когда наблюдаются продолжительные периоды дождей и умеренные температуры. В отличие от этого, в Венесуэле (Hidalgo, Barquisimeto, 1999, личное сообщение) и в Колорадо (Schwartz и Otto, 1998) эта болезнь встречается в гораздо более теплых условиях. Неизвестно, какие факторы ответственны за это несоответствие, но заманчиво предположить, что в разных регионах могут встречаться разные биотипы. Однако для ответа на этот и другие вопросы, касающиеся эпидемиологии этого патогена, необходимы дальнейшие исследования. Как и любой патоген, развитие болезни значительно замедляется или полностью останавливается, когда погодные условия становятся менее благоприятными для развития болезни.
Возбудитель - Pseudomonas viridiflava
Таксономические и биохимические характеристики
P. viridiflava — это грамотрицательная, аэробная палочка с одним-тремя полярными жгутиками. При выращивании на железодефицитной среде, такой как KMB (King et al., 1954), он вырабатывает водорастворимый желто-зеленый флуоресцентный пигмент (Lelliott et al., 1966). На KMB и полуселективной среде T-5 колонии изначально бледно-кремовые, но с возрастом становятся желтыми (Gitaitis et al., 1997). Бактерия отрицательна к ферментам оксидазе и аргинин дигидролазе, но положительна к гидролизу желатина (Lelliott et al., 1966). Большинство штаммов активны для зарождения льда и используют DL-лактат и эритрит (Jones et al., 1984, 1986). Это полезные характеристики для идентификации бактерии как представителя флуоресцентных псевдомонад, подобных Pseudomonas syringae.
P. syringae — это вид, представленный разнообразным количеством патоваров, некоторые из которых имеют отличительные биохимические и физиологические признаки, а также различия в ареале хозяев. Поэтому трудно отделить P. syringae от P. viridiflava. Ниже приведены полезные тесты, которые помогают отличить эти патогены: производство пектинолитических ферментов при pH 8,5, но не при pH 5,0 (Hildebrand, 1971); гниение моркови (Gitaitis et al., 1991) и ломтиков картофеля (Lelliott et al., 1966); отсутствие выработки левана и утилизации D-тартрата (Hildebrand and Schroth, 1972); образование повреждений цвета ржавчины на стручках фасоли сорта ‘Bush Blue Lake 274’ (Cheng et al., 1989).
Утилизация сахарозы — относительно простой и быстрый тест, позволяющий отличить P syringae от P viridiflava (Lelliott et al., 1966; Billing, 1970; Hildebrand and Schroth, 1972; Jones et al., 1984). Однако луково-патогенные штаммы P viridiflava с юго-востока США вырабатывают кислоту (предположительный тест на утилизацию сахара) в сахарозе после длительной инкубации (10-17 дней) (Gitaitis et al., 1991). Это очень медленно по сравнению со многими видами бактерий, которые продуцируют кислоту в сахарозе в течение 24-72 ч. Во многих случаях результаты утилизации субстрата не могут быть зарегистрированы через 7 дней: штаммы лука были бы охарактеризованы как отрицательные в отношении утилизации сахарозы, если бы тесты были прекращены в течение этого периода времени. Дополнительные сообщения (Clara, 1934; Wilkie and Dye, 1973; Suslow and McCain, 1981) показывают, что штаммы P viridiflava, выделенные из некоторых других хозяев, также очень медленно используют сахарозу.
Другим методом характеристики и идентификации бактерий, широко используемым в течение последних 20 лет, является анализ жирных кислот с помощью газожидкостной хроматографии (Moss et al., 1980; Sasser et al., 1984; Miller and Berger, 1985; Gitaitis and Beaver, 1990; Sasser, 1990). P viridiflava и P syringae имеют очень похожие профили жирных кислот, и их легко спутать друг с другом. Однако штаммы P viridiflava, выделенные из лука, обычно содержат дельта-цис-9,10-метиленгексадекановую кислоту (C-9,10 17:0), а отношение альфа-гидроксилауриновой кислоты (2-OH 12:0) к лауриновой кислоте (12:0) было больше 1. В отличие от этого, отношение 2-OH 12:0 к 12:0 кислотам было меньше 1 у протестированных штаммов P syringae (Gitaitis et al., 1991). Различия между штаммами также наблюдались при построении главных компонент, полученных в результате кластерного анализа профилей жирных кислот. Штаммы P viridiflava, выделенные из сорняков и больного лука в Грузии, были более тесно связаны друг с другом, чем со штаммами P syringae или P viridiflava других хозяев и географического происхождения (Gitaitis et al., 1998a).
Генетические характеристики
Если есть возможность, одними из самых быстрых и надежных методов идентификации патогена являются иммуноферментный анализ (ИФА) или ПЦР. Антисыворотки или даже готовые пластины для ИФА можно приобрести у различных коммерческих поставщиков, включая Agdia Inc. (Элкхарт, Индиана). Праймеры гена пектат-лиазы (5′-TATTGCTGGT- GTTACCC-3′ и 5′-GGTATCCAGAAAC- GACAC-3′) были способны амплифицировать ампликон длиной 606 пар оснований (bp) приблизительно у 95% штаммов, выделенных из лука или сорняков в районах выращивания лука в Грузии (Gitaitis et al., 1998b). Тот же набор праймеров не смог амплифицировать штаммы P viridiflava из фасоли, болгарского перца, пастернака, томатов и арбузов ни из Джорджии, ни из других регионов США. Эти результаты подтверждают группировку, полученную в результате предыдущей характеристики жирных кислот, в том смысле, что штаммы сорняка и лука из Джорджии были более похожи друг на друга, чем на штаммы из других хозяев или другого географического происхождения.
Ареал обитания патогена
Буркхолдер впервые описал P viridiflava как патоген фасоли (Phaseolus vulgaris) в Нью-Йорке (Burkholder, 1930). С тех пор о нем сообщалось со всего мира как о патогене многих видов растений. Помимо фасоли и лука, бактерия является естественным хозяином люцерны (Medicago sativa), птичьего трилистника (Loins corniculatus), капусты, цветной капусты, вишни (Prunus spp. ), китайский крыжовник (Actinidia chinensis), укроп (Anethum graveolens), хризантема, виноград, салат, люпин (Lupinus angustifolius), петрушка (Petroselinum crispum), пастернак (Pastinaca sativa), маракуйя (Passiflora edulis), горох, груша, сладкий перец, пуансеттия (Euphorbia pulcherrima), мак (Papaver somniferum), тыква (Cucurbita maxima), тансы (Tanacetum coccineum), рапс (Brassica napus var. napus), томат и арбуз. В дополнение к вышеуказанному списку, сообщалось, что бактерия также заражает следующие культуры при искусственной инокуляции: гречиха (Fagopyrum esculentum), клевер (Trifolium pratense), горох (Vigna unguiculata), сафлор (Carthamus tinctorius), сорго (Sorghum vulgare), соя (Glycine max) и цинния (Zinnia elegans) (Billing, 1970; Wilkie and Dye, 1973; Suslow and McCain, 1981; Lukezic et al. , 1983; Jones et al., 1984; Bradbury, 1986b). Наконец, бактерия была обнаружена на нескольких видах сорняков в качестве постоянного эпифита, т.е. бактерия свободно живет на поверхности растения в комменсальных или протокооперативных отношениях. К таким растениям относятся примула вечерняя, одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale), фумиторий обыкновенный (Fumaria officinalis), дурнишник пурпурный (Gnaphalium purpureum), перечник виргинский (Lepidium virginicum) и редька дикая (Raphanus raphanistrum) (Gitaitis et al., 1998a).
P. viridiflava является слабым патогеном или вторичным захватчиком, который колонизирует за другими патогенами (Billing, 1970), или оппортунистическим патогеном, который вторгается в раненые растения или растения, находящиеся в состоянии сильного стресса (Hunter and Cigna, 1981; Suslow and McCain, 1981; Lukezic et al., 1983; Jones et al., 1984). Однако в луке P viridiflava является агрессивным первичным патогеном, который особенно разрушителен на суккулентных растениях, получающих большое количество азота. Эта бактерия была ответственна за потери целых полей, а также была весьма разрушительна как послеуборочный патоген.
Фото
Дополнительные фотографии в Google.Images
Центральная гниль
Центральная гниль (Centre Rot) лука вызывается Pantoea ananatis (Serrano) (тесно связана с Erwinia herbicola — синоним Pantoea agglomerans) Mergaert et al. (1993).
История и распространение
Впервые центральная гниль была отмечена на сладком луке в штате Джорджия, США, в 1997 году (Gitaitis and Gay, 1997). Через год она была отмечена на сухоцветном луке острого сорта в Колорадо (Schwartz and Otto, 1998, 2000a). Почти идентичное заболевание в Южной Африке было приписано близкородственной бактерии Erwinia herbicola, которая является синонимом Pantoea agglomerans (Hattingh and Walters, 1981). Хотя P agglomerans и P ananatis тесно связаны (одно время их считали одним и тем же видом), а семена сорта, на котором впервые была замечена очаговая гниль в Грузии, были произведены в Южной Африке, на сегодняшний день нет доказательств того, что болезнь передается через семена. Скорее, похоже, что бактерия эндемична для юго-востока США.
Бактериофаг, специфичный для P ananatis — предположительное доказательство присутствия бактерии — был выделен из нескольких озер во Флориде и Техасе (Eayre et al., 1995). С помощью ПЦР было установлено, что P ananatis находился в Джорджии за несколько лет до эпидемии 1997 года в луке Видалия. Доказательства его более раннего присутствия были получены в результате скрининга коллекции культур Экспериментальной станции прибрежных равнин Университета Джорджии, где два штамма из листьев персика и луковиц лука 1986 и 1992 годов, соответственно, были идентифицированы как P ananatis.
Симптомы
Как следует из названия, болезнь довольно часто поражает центральные листья растения. Пораженные листья по мере развития гнили становятся влажными, мягкими и обесцвечиваются до белого цвета. Окружающие ткани могут иметь цвет от загорелого до темно-коричневого. На поздних стадиях болезни происходит полное увядание и обесцвечивание всех листьев. Внутренности луковицы могут стать мягкими, водянистыми и издавать неприятный запах. Попытки поднять растение, схватив его за листья, могут привести к тому, что из шейки будут сочиться разжиженные ткани, а листья будут отрываться от растения. В отличие от большинства других бактериальных заболеваний лука, «центральная гниль» поражает стебли семян так же, как и листья, что приводит к увяданию стеблей и потере семенных головок.
Возбудитель - Pantoea ananatis
Таксономические и биохимические характеристики
Название этого организма эволюционировало от Bacillus ananas Serrano (1928), Bacterium ananas (Serrano) Burgvits (1935), Chromobacterium ananas (Serrano) Krasil’nikov (1949), Pectobacterium ananas (Serrano) Patel & Kulkarni (1951), Erwinia herbicola var. ananas (Serrano) Dye (1969) до Erwinia ananas Serrano (1928), где оно оставалось в течение некоторого времени. В издании 1984 года «Руководства по систематической бактериологии Берджи» обозначение E. ananas было единственным видом в группе «herbicola», который был фитопатогенным (Lelliott and Dickey, 1984). Затем название рода было изменено на Pantoea (Mergaert et al., 1993), а написание было исправлено на Pantoea ananatis (Truper and De’Clari, 1997).
P ananatis — грамотрицательная палочка с желтой пигментацией при выращивании на питательном агаре. Он использует глюкозу как окислительным, так и ферментативным способом, положителен по каталазе и отрицателен по оксидазе, что типично для Enterobacteriaceae (факультативные анаэробы). Как правило, штаммы используют целлобиозу, мелибиозу, инозитол, глицерин и сахарозу, но не гидролизуют пектин, крахмал или желатин. Ключевые характеристики, отличающие P ananatis от P agglomerans, — способность продуцировать индол, отсутствие фенилаланин-деаминазы и нитрат-редуктазы (Bradbury, 1986a). Эта бактерия также активна при нуклеации льда (Abe et al., 1989).
Генетические характеристики
В Джорджии, США, был разработан смысловой праймер (Pan ITS1) для межгенного транскрибируемого спейсера (ITS) между генами 16S и 23S рРНК для использования в сочетании с универсальными антисмысловыми праймерами EC5 или EC7 из Escherichia coli (Gurtler and Stanisich, 1996) для гена 23S рРНК. Последовательность Pan ITS1 — 5′-GTCTGATA-GAAAGATAAAGAC-3′, последовательность EC5 — 5′-TGCCAGGGCATCCACCG-3′ и последовательность EC7 — 5′-GGTACTTAGATG TTTCAGTTC-3′. Эти праймеры были успешно использованы для проведения ПЦР смывов листьев многочисленных сорняков и раздавленных трипсов. Хотя для P ananatis пока не известны специфические связи с насекомыми, другие представители этого рода, прежде всего Pantoea stewartii и Pantoea tracheiphila, выживают в ассоциации с кукурузными блошками и огуречными листоедами и переносятся ими соответственно (Leach, 1964; Pepper, 1967). Ватанабе и Сато (1999) обнаружили, что P ananatis обитает в кишечнике личинок тутовой пиралиды, и предложили использовать бактерию в качестве агента биоконтроля для этого насекомого.
Спектр хозяев патогена
Первоначально сообщалось, что P ananatis является патогеном ананаса, но диапазон хозяев включает канталупу, медовую дыню, лук и сахарный тростник (Bradbury, 1986a; Wells et al., 1987, 1993; Bruton et al., 1991; Gitaitis and Gay, 1997). Географическое распространение включает Бразилию, Гайану, Гватемалу, Гаити, Малайзию, Мексику, Нигерию, Филиппины, Пуэрто-Рико, Квинсленд (Австралия), Тайвань и США (Bradbury, 1986a).
С помощью ПЦР P ananatis был обнаружен как эпифитный обитатель на 23 видах сорняков, бермудской траве (Cynodon dactylon) и сое (G. max). Последние два вида являются значимыми, поскольку они используются в севообороте между луковыми культурами. Некоторые из сорняков, на которых P ananatis был обнаружен в Грузии, включают щетинник (Acanthospermum hispidum), широколистный сигнальный злак (Brachiaria platyphylla), ковровую траву (Mollugo verticillata), крабовую траву (Digitaria sanguinalis), дурнишник обыкновенный (Xanthium pensylvanicum), амброзию обыкновенную (Ambrosia artemisiifolia), вьющийся док (Rumex crispus), флоридская нивяник (Desmodium tortuosum), флоридская пуслица (Richardia scabra), серпоплодник (Cassia obtusifolia), колючий амарант (Amaranthus spinosus), мелкоцветковая утренняя слава (Jaquemontia tamnifolia), техасский паникум (Panicum texanum), васейграсс (Paspalum urvillei), вербена (Verbena spp.) и желтый орех (Cyperus esculentus). Бактерия была обнаружена не только на этих сорняках в местах производства лука и рядом с ними, но и на сорняках, расположенных на расстоянии 242 км от ближайшего коммерческого производства лука.
Фото
Дополнительные фотографии в Google.Images
Бактериальная мягкая гниль
Бактериальная мягкая гниль (Bacterial Soft-rot) вызывается патогенами Erwinia, относящимися к группе мягкой гнили ‘carotovora’ (включает E. carotovora ssp. carotovora, E. chrysanthemi, E. herbicola, E. rhapontica), которая широко распространена (Voronkevitch, 1960; Graham, 1962).
История и распространение
В 1995 году Erwinia chrysanthemi нанесла серьезный экономический ущерб луку в Нью-Йорке (Lorbeer, 1996; Lorbeer et al., 1996). E. chrysanthemi ранее была выделена из культур в тропических и субтропических регионах или наблюдалась как патоген декоративных тепличных культур в более холодном климате (Perombelon and Kelman, 1980), а в 1991 году она была выделена из лука в Мексике (Manrique et al., 1991). Erwinia herbicola была впервые выделена из зараженных семян лука в 1994 году на Кубе, что стало первым случаем ее обнаружения в Северной и Южной Америке (Morales et al., 1994). Другой вид, Erwinia carotovora subsp. carotovora, встречается в умеренных и тропических регионах на целом ряде растений-хозяев (Salmond, 1994).
Симптомы
Мягкая гниль эрвинии вызывает типичные симптомы мягкой гнили, в основном на внутренних чешуях луковицы лука (Mohan, 1995). Зараженные ткани пропитываются водой и демонстрируют гниль от бледно-желтого до светло-коричневого цвета. Мягкая гниль может распространяться от внутренних чешуек до распада всей луковицы, сопровождаясь выделением водянистой, вязкой жидкости с едким запахом. В случае E. chrysanthemi внутренние ткани луковицы могут полностью раствориться, так что при вытягивании луковицы она отделяется от базальной пластинки, которая остается в почве. Заражение луковицы E. carotovora subsp. carotovora также приводит к увяданию и побелению листьев лука. E. herbicola вызывает поражение цветочных стеблей, листьев и цветоносов лука, которое переходит в мягкую гниль луковицы (Morales et al., 1994).
Механизмы инфекции
Патоген прикрепляется к клеткам растения с помощью фимбрий или пили (Romantschuk et al., 1994) и, как и многие другие патогены растений (Garibaldi and Bateman, 1971), продуцирует сложную смесь пектиновых ферментов. Гидролаза и лиаза беспорядочно разрушают альфа-(1-4) связи в полимерах уроновой кислоты пектиновых веществ и, по-видимому, являются основными агентами, ответственными за мацерацию тканей, вызванную инфекцией Erwinia (McClendon, 1964; Zaitlin and Coltrin, 1964; Sato, 1968). Garibaldi и Bateman (1971) сообщили, что E. chrysanthemi производит в культуре ряд транселиминаз полигалактуроновой кислоты и что различные изоляты этого патогена могут различаться по количеству изоферментов данного фермента, который они производят. Ферменты, продуцируемые E. chrysanthemi, мацерируют растительную ткань, вызывают электролитическую утечку и высвобождают растворимые ненасыщенные урониды из неповрежденной растительной ткани, вызывая гибель клеток (Garibaldi and Bateman, 1971). Ферменты, участвующие в гибели клеток и продуцируемые E. chrysanthemi, имеют изоэлектрические точки при pH 4,6 или выше (Garibaldi and Bateman, 1971). Оптимальная температура для патогенеза E. chrysanthemi составляет 32°C (Jovanovic, 1998).
Эпидемиология
Эрвинии присутствуют в почве, растительных остатках и загрязненной воде (Mohan, 1995) и могут распространяться через верхний полив и через насекомых, таких как луковая личинка Delia antiqua (Mergen). E. carotovora subsp. carotovora может выживать в кишечном тракте личинок луковой личинки и взрослых мух. Температура 20-30°C и высокая влажность являются оптимальными для заражения лука возбудителями мягкой гнили Erwinia, которое может продолжаться и при хранении луковиц лука при температуре выше 3°C.
Возбудитель - Erwinia chrysanthemi
Таксономические и биохимические характеристики
Грамотрицательная, факультативно аэробная E. chrysanthemi относится к семейству Enterobacteriaceae и образует прямые палочки размером 0,5-1,0 x 1-3 мкм. Клетки подвижны благодаря перитриховым жгутикам. Они встречаются поодиночке, парами или иногда короткими цепочками. E. chrysanthemi имеет ферментативный метаболизм и оптимально растет in vitro при 32 °C. Он также относительно хорошо растет при 39°C, является оксидазоотрицательным и каталазоположительным, выделяет индол и сероводород (Perombelon and Kelman, 1980). Бактериальные клетки гидролизуют желатин при 22 °C, не гидролизуют мочевину и являются фенилаланин-деаминазоотрицательными. Они катаболизируют D-глюкозу с образованием кислоты и газа и используют ряд источников углерода, таких как D-адонитол, целлобиоза, глицерин, D-маннитол, D-манноза, мелибиоза, раффиноза, L-рамноза, салицин, D-сорбитол и D-ксилоза для производства кислот. E. chrysanthemi можно отличить от других эрвиний по способности восстанавливать нитраты, а большинство штаммов продуцируют внеклеточные полисахариды даже на богатых сахаром средах (Perombelon and Kelman, 1980).
Биохимические и физиологические методы диагностики для идентификации
Биохимические и физиологические тесты (обычные тесты, Biolog, индекс аналитического профиля, серологические методы, анализ FAME)
E. chrysanthemi можно отличить от псевдомонад по неспособности продуцировать оксидазу, а от E. carotovora — по способности расти при 39 °C (Perombelon and Kelman, 1980). Пектатная среда была использована для выделения E. carotovora subsp. carotovora из лука, пораженного бактериальной мягкой гнилью (Taraka and Tsuboki, 1982). Для идентификации патогенов Erwinia в луке можно использовать два коммерческих метода диагностики. Это система микропланшетов Biolog GN (Biolog Inc., Хейворд, Калифорния) и диагностическая полоска API 20E (bioMerieux Inc., Хейзелвуд, Миссури). Последняя используется для идентификации Enterobacteriaceae и других грамотрицательных палочек. Он состоит из 11 биохимических тестов и девяти тестов на усвоение углеводов. Серологические методы также использовались для идентификации Erwinia. Моноклональные антитела использовались для выявления E. carotovora subsp. carotovora в картофеле (DeBoer and McNaughton, 1987; DeBoer et al., 1988). Пектолитические ферменты, продуцируемые E. carotovora subsp. carotovora, были охарактеризованы с помощью тонкослойного изоэлектрического фокусирования активности, наложения геля и качественного ферментного анализа (Willis et al., 1987). Четыре гена pel и ген pel 1 были извлечены из 71 библиотеки генов E. carotovora subsp. carotovora, сконструированной в E. coli HB101: эти гены сгруппированы в геноме. Kori et al. (1992) провели анализ жирных кислот клеточной мембраны бактерий с помощью газожидкостной хроматографии и обнаружили, что соотношение количеств лауриновой и миристиновой кислот в E. chrysanthemi и E. carotovora subsp. carotovora было обратным по отношению друг к другу. Они также показали, что профили жирных кислот различаются у E. chrysanthemi в зависимости от хозяина, из которого он был выделен.
Молекулярная диагностика
Для выявления E. chrysanthemi и E. carotovora subsp. carotovora использовались методы, основанные на ПЦР (Nassar et al., 1991). Nassar et al. (1996) охарактеризовали E. chrysanthemi с помощью полиморфизма пектинолитических изозимов и RFLP-анализа ПЦР-амплифицированных фрагментов генов pel. Для E. carotovora subsp. carotovora была проведена ПЦР со случайной амплификацией полиморфной ДНК (RAPD)-PCR (Maki-Valkama and Karjalainen, 1994). Специфичность хозяина E. chrysanthemi была исследована с помощью методов ПЦР-RFLP (Nassar et al., 1994). Darrasse и Bertheau (1994) также выявили Erwinia с помощью ПЦР и RFLP.
Ареал обитания патогена
E. carotovora subsp. carotovora не обладает специфичностью во взаимодействии хозяин-патоген, и большинство эрвиний считаются оппортунистическими фитопатогенами. Виды Erwinia могут выступать в качестве первичных патогенов ряда выращиваемых культур, собранных культур и растительных остатков. E. chrysanthemi обладает относительно высокой хозяйской специфичностью для кукурузы или декоративных растений (Salmond, 1994). E. chrysanthemi и E. carotovora subsp. carotovora являются относительно крупными патогенами лука, тогда как Erwinia rhapontica — мелкий патоген лука с ограниченным ареалом обитания (Perombelon and Kelman, 1980). E. carotovora subsp. carotovora заражает целый ряд растений-хозяев, таких как лук, картофель, морковь, редис, огурец, китайская капуста, перец, капуста и салат (Dittapongpitch and Daengsubha, 1980). E. herbicola вызывает некроз листьев и стеблей лука и в основном выделяется из зараженных семян (Morales et al., 1994). Гибриды F1 сладкого лука, такие как ‘Granex’ и ‘Golden’, восприимчивы к E. carotovora subsp. carotovora (Jones, 1981).
Выживание и поведение в почве
Выживание Erwinia в почве летом в регионах с умеренным климатом, вероятно, непродолжительно. Однако небольшое количество бактерий может перезимовать в более холодной почве. Выживание на следующее лето маловероятно, если только не посажена восприимчивая культура (Collmer and Keen, 1986). Мягкотелые эрвинии не являются эндемиками почвы, и их широкое распространение может быть связано с периодическим заносом зараженного растительного материала (Logan, 1968; DeBoer et al., 1979).
В отличие от B. cepacia, виды Erwinia не накапливают богатые энергией соединения, такие как гликоген и поли-β-гидроксибутират. Поэтому их способность выживать в периоды низкой доступности питательных веществ может быть ограниченной (Perombelon, 1973), и все же они могут выживать неограниченное время в ризосфере растений, особенно в тропических регионах, где рост растений часто бывает непрерывным и разнообразным. Эрвинии могут зимовать в инфицированных растительных остатках, которые остаются в почве после сбора урожая, если растительный материал не полностью разложился (Perombelon, 1973).
Они обычно отсутствуют в семенах, за исключением E. herbicola и иногда E. chrysanthemi (Yanez-Morales and Lorbeer, 1993; Yanez-Morales et al., 1994), и легко перемещаются в почвенной воде. Они поверхностно прикреплены к частицам почвы (Кикумото и Сакамото, 1970) и легко удаляются просачивающейся почвенной водой.
Поражение листьев лука (Xanthomonas campestris)
История и распространение
Впервые Xanthomonas campestris был отмечен как возбудитель листовой болезни лука (Onion Leaf Blights) на Гавайях в 1978 году (Alvarez et al., 1978), а 15 лет спустя аналогичные симптомы были обнаружены на луке на Барбадосе (Paulraj and O’Garro, 1993). Недавно патоген был описан как встречающийся в континентальной части США (Isakeit et al., 2000; Schwartz and Otto, 2000c).
Описание болезни и симптомы
Симптомы инфекции X. campestris включают ряд поражений, обычно на зрелых листьях лука. Это могут быть белые пятна, бледные пятна или поражения линзовидной формы, которые превращаются в видимые хлоротичные полосы на нижней части листа лука. По мере развития болезни может произойти отмирание верхушки, а затем обширное поражение внешних зрелых листьев лука, что приводит к появлению низкорослых растений с луковицами нетоварного размера (Mohan, 1995).
Механизмы заражения
X. campestris может распространяться через дождь или поливную воду из дождевальных установок, и инфекция усиливается при наличии росы. Ранение ветром или пескоструйная обработка листьев увеличивает вероятность заражения (Mohan, 1995). В отличие от X. campestris, P syringae вызывает коричневые поражения на луке (Mohan, 1995).
Организмы-возбудители
Таксономические и биохимические характеристики
Xanthomonas axonopodis pv. allii (ранее X. campestris) — это желто-пигментированная, грамотрицательная, аэробная и подвижная палочковидная бактерия (Mohan, 1995). Ее можно отличить от псевдомонад по тому, что она оксидазоотрицательна, а от E. chrysanthemi — по ее неспособности восстанавливать нитраты до нитритов. Его можно отличить от группы Erwinia, относящейся к мягкой гнили «carotovora», по неспособности гидролизовать пектат.
Фото
Дополнительные фотографии в Google.Images
Мягкая гниль лука (Burkholderia gladioli)
Burkholderia gladioli pv. alliicola (Burkholderia gladioli pv. alliicola (ранее Pseudomonas alliicola или P. gladioli pv. alliicola, P. aeruginosa, P. marginalis, Lactobacillus, Enterobacter cloacae) вызывает заболевание, известное как скользкая кожица (Soft-rot Pathogens) (Roberts, 1973).
История и распространение
Мягкая гниль луковиц лука, вызванная бактерией, была описана в Нью-Йорке Стюартом (1899). B. gladioli pv. alliicola была выделена из лука в Нью-Йорке Буркхолдером (1942) и со времени первоначального описания была зарегистрирована во многих регионах мира.
Описание болезни и симптомы
Бактерия поражает внутренние чешуйки луковицы, вызывая появление водянистых пятен, которые со временем переходят в мягкую гниль всей внутренней ткани луковицы. Она получила свое название из-за того, что зараженная сердцевина может выскользнуть из верхней части лука при сдавливании основания луковицы (Mohan, 1995). Burkholderia gladioli pv. alliicola — грамотрицательная палочковидная бактерия. Она заражает листья и созревающие луковицы в поле или после сбора урожая через рану. Влажные и дождливые условия благоприятны для этого патогена. Зрелые луковицы очень восприимчивы к бактерии и могут полностью сгнить при комнатной температуре за 10 дней (Mohan, 1995). Pseudomonas aeruginosa присутствует в почве и вызывает коричневую внутреннюю мягкую гниль лука. Pseudomonas marginalis поражает листья лука и проявляется в виде небольших пропитанных водой поражений. Эти повреждения быстро увеличиваются, в результате чего образуется слизистая серо-коричневая гниль, которая может распространиться до основания листьев и привести к гниению всего растения, которое затем источает характерный уксусоподобный запах (Wright and Hale, 1992). Lactobacillus является оппортунистическим патогеном и попадает в растение, как и Erwinia, через рану в шейке луковицы или с помощью насекомых, таких как луковая личинка (Brewster, 1994). Lactobacillus вызывает мягкую гниль, которая быстро распространяется по всей луковице лука при высоких температурах (Brewster, 1994). Недавно сообщалось, что Enterobacter cloacae вызывает гниение луковиц лука в Колорадо (Schwartz and Otto, 2000b).
Фото
Дополнительные фотографии в Google.Images
Некроз листьев лука-порея (Pseudomonas syringae pv. porri)
Возбудитель: Pseudomonas syringae pv. porri — вирулентная разновидность P. syringae, широко распространенный вид, встречающийся на многих растениях-хозяевах.
Симптомы: Поражение листьев, пропитанных водой, с желтым ореолом, который сливается в светло-коричневые полосы; кончики листьев отмирают, и листья складываются в виде пастушьей дуги; аналогичные поражения на цветочных стеблях.
Возможно, передается через семена, так как большинство штаммов генетически очень похожи во всем мире; выращивание рассады при высокой плотности во влажных теплицах, затем обрезка листьев при посадке и полив дождеванием благоприятствуют заражению.
Дополнительные фотографии в Google.Images
Грибковые заболевания листьев
Существует ряд заболеваний, вызываемых грибковыми патогенами, которые уничтожают листья съедобных аллиумов. Эти болезни были подробно рассмотрены Мод (1990a) и Шварцем и Моханом (2008). Дополнительную информацию о некоторых болезнях можно найти в работах Sherf и Macnab (1986), Snowdon (1991) и Maude (2006). Уничтожение листвы приводит к низкому урожаю луковиц с укороченным потенциалом хранения. Поражение болезнями листьев у аллиумов, собираемых как листовые культуры — например, салатного лука — может привести к их отбраковке и полной потере урожая. Поэтому важно предотвращать эти заболевания. Болезни листьев условно делятся на две категории: болезни, распространенные в регионах с умеренным климатом, и болезни более теплых субтропических и тропических регионов (Maude, 2006). Температурные диапазоны и оптимумы для патогенеза и развития болезней отражают это разделение.
В развитии болезни происходит последовательность событий. Во-первых, должен существовать первичный источник инфекции, из которого споры патогена попадают на листья культуры. Если условия окружающей среды благоприятны, споры могут прорасти, проникнуть и заразить листья. Затем наступает «латентный период», в течение которого инфекция распространяется внутри листа. По окончании латентного периода патоген способен спорулировать, если условия окружающей среды являются подходящими. Когда зараженный лист продуцирует споры, начинается второй цикл инфекции и болезни. В зависимости от погодных условий, а также от влияния фунгицидов, которые были применены для защиты, и, возможно, от антагонизма со стороны других грибов на поверхности листа, споры из первого цикла могут заразить большую площадь листа и перейти в эпидемию. Полное опустошение листьев за три или четыре цикла может произойти при погодных условиях, способствующих распространению болезни. В качестве альтернативы, болезнь может затихать, если площадь зараженных листьев во втором цикле меньше, чем в первом, и продолжает уменьшаться с каждым циклом.
Большинству грибковых патогенов, поражающих листья, для споруляции необходимы периоды высокой влажности и температуры в определенном диапазоне. Для споруляции им часто требуется темнота, поэтому споры образуются ночью. Выделение спор часто провоцируется светом и снижением влажности на следующее утро. Количество образующихся спор может увеличиваться тем больше, чем выше влажность, и достигает максимума в районе температурного оптимума. После высвобождения споры имеют ограниченный срок жизни — например, конидии мучнистой росы остаются жизнеспособными всего 3 дня (Jesperson and Sutton, 1987). После попадания на лист споры обычно требуют минимальной продолжительности увлажнения листа, а также температуры в определенном диапазоне, чтобы прорасти, проникнуть внутрь листа и заразить его. При оптимальных для заражения температурах необходимая продолжительность увлажнения листьев может быть короче (см. рис.).
Латентный период, как правило, тем короче, чем теплее температура, при условии, что она остается в пределах допустимого для патогена диапазона. Продолжительность латентного периода также сокращается при увеличении плотности заражающих спор, возможно, потому, что это вызывает быстрое истощение ресурсов, доступных патогену, что, в свою очередь, запускает споруляцию. Например, для ржавчины лука-порея латентный период короче всего при 19-22 °C и сокращается примерно на 1,8 дня при каждом десятикратном увеличении плотности спор (Gilles and Kennedy, 2003). Аналогичные тенденции были обнаружены для пуховой росы лука (Hildebrand and Sutton, 1984).
Для всех этих болезней остатки предыдущих зараженных культур, оставленные на поверхности почвы или в отвалах, могут служить первичным источником инфекции для следующей культуры. В течение вегетационного периода споры, образующиеся на близлежащих зараженных культурах, также могут занести инфекцию на поле. Там, где последовательные культуры пересекаются во времени, например, при зимовке и весеннем посеве лука в регионах с умеренным климатом, таких как приморская Западная Европа, инфекция может «перебрасываться» с одной культуры на следующую, что приводит к непрерывной серии циклов болезни.
Способы выживания и распространения патогенов листьев в отсутствие растущих культур различны, поэтому необходимо детальное знание биологии каждого патогена. Некоторые из них могут выживать в виде долгоживущих, спящих структур в почве — например, хламидоспоры луковой парши, ооспоры белого кончика лука-порея и склероции листовой пятнистости Botrytis. Знание условий выживания и прорастания этих спящих стадий важно для борьбы с болезнями. Например, Botrytis squamosa образует темно-окрашенные, неправильные, приблизительно эллипсоидные склероции длиной 3-10 мм на разлагающихся луковых отходах. В исследовании на органической почве в штате Нью-Йорк они показали 66% выживаемость после закапывания на глубину 15 см в течение 21 месяца (Ellerbrock and Lorbeer, 1977). После прорастания склероции дают начало конидиям или иногда аскоспорам, которые рассеиваются и заражают листья. Склероции прорастают при температуре от 5 до 25 °C, быстрее всего при 16 °C, но больше всего конидий образуется при 10 °C. Скорость прорастания и количество образующихся конидий снижаются по мере уменьшения водного потенциала почвы, хотя 60% прорастания склероциев происходит при водном потенциале до -2 МПа (Clarkson et al., 2000). Другие патогены размножаются в зараженных растениях-добровольцах или луковицах, например, пуховая милдью, где зараженные луковичные комплекты и материнские луковицы для семенных культур выступают в качестве первичных источников заболевания.
Меры контроля
Рациональная борьба с болезнями основывается на детальном знании биологии патогена и его взаимодействия с культурой-хозяином. Необходимо знать жизненный цикл патогена, включая его многолетнее развитие и распространение, чтобы можно было выявить и, по возможности, устранить первичные источники инфекции. Знание погодных условий, благоприятствующих споруляции, заражению и развитию болезни, позволяет прогнозировать потенциальные эпидемии и принимать профилактические меры.
Гигиена сельскохозяйственных культур имеет универсальное значение в борьбе с болезнями. Потенциально инфицированные растительные остатки и отходы должны быть выявлены и уничтожены. Важно избегать распространения больных остатков на сельскохозяйственных транспортных средствах и оборудовании, а также на обуви работников. Растения-добровольцы, появляющиеся после уборки урожая или на дорожках и пустырях, являются потенциальными источниками сохранения болезни и должны быть уничтожены, как и любые альтернативные хозяева, например, восприимчивые сорняки. После уборки урожая растительные остатки обычно разрушаются гораздо быстрее и имеют меньше времени и возможностей для образования спор, если они закопаны, чем если они остаются на поверхности почвы.
Например, Stemphylium vesicarium может вызвать сильное поражение чеснока листовой болезнью; он может колонизировать остатки чеснока и развиться в половую стадию Pleospora allii. Эта стадия приводит к образованию черных структур, называемых псевдотециями, которые в конечном итоге дают начало аскоспорам, заражающим посевы чеснока весной. Исследования на юге Испании показали, что остатки листьев чеснока, оставленные на поверхности почвы с октября по декабрь, образовывали около 6,3 псевдотеций на мм2 площади мертвых листьев, в то время как остатки листьев, закопанные на 10 см в почву, образовывали только около 2/мм2. Более того, псевдотеции, сформированные на погребенных листьях, дегенерировали быстрее, чем те, что находились на поверхности (Prados-Ligero et al., 1998). Это же исследование показало, что остатки стеблей соцветий были более устойчивы к деградации при закапывании, чем остатки листьев, и давали 6,5-9,5 перитеций/мм2 , независимо от того, были они закопаны или нет. Рекомендации по гигиене посевов, полученные в результате этого исследования, заключались в том, что лучше всего собрать и уничтожить отработанные семенные стебли, а затем вспахать и закопать листовые остатки, чтобы минимизировать инокуляцию болезни весной.
Севооборот очень желателен с точки зрения профилактики болезней, чтобы восприимчивые культуры не пересекались во времени рядом друг с другом и были удалены как друг от друга, так и от потенциально больных остатков предыдущих культур. Однако, хотя это и желательно, разделение восприимчивых культур в пространстве и времени с помощью севооборота не всегда экономически выгодно, особенно в районах интенсивного производства. Для снижения влажности в пологе листьев и минимизации продолжительности периодов увлажнения листьев, тем самым сокращая периоды, подходящие для споруляции и инфекции, желательно иметь широко расставленные растения и низкий показатель LAI. Широкое междурядье с рядами, ориентированными по направлению преобладающего ветра, также помогает достичь этой цели и важно для борьбы с пуховой плесенью на семенных посевах лука. Следует избегать чрезмерного внесения азотных удобрений, так как это способствует формированию пышного листового покрова, в пределах которого возможен микроклимат повышенной влажности. Однако низкая LAI снижает потенциал урожайности и задерживает созревание луковиц (см. главу 4), а зеленый салатный лук необходимо выращивать при высокой плотности растений, чтобы он был экономически выгодным. Поэтому, опять же, практические и экономические соображения могут превалировать над тем, что является оптимальным для минимизации риска заболевания листьев.
Для некоторых листовых болезней были выявлены или разрабатываются сорта с устойчивостью к болезням. Наиболее перспективным является внедрение устойчивости от диких видов, например, внедрение устойчивости к пуховой росе от Allium roylei к луку. Существует также возможность использования A. roylei в качестве «промежуточного вида» для введения устойчивости к B. squamosa японского лука A. fistulosum в обычный лук A. cepa.
Поверхность листьев поддерживает сообщество микроорганизмов «филлосферы» (Lindlow and Brandl, 2003). Различными способами, включая борьбу за питательные вещества, антибиоз, деградацию клеточных стенок патогенов, изменение смачиваемости поверхности растений, вмешательство в ферменты патогенности или запуск системной устойчивости в растении (см. «Бактериальные болезни», выше), они могут оказывать ингибирующее действие на патогенные грибы (Elad, 1996). Эти эффекты могут быть использованы для биологической борьбы с болезнями листьев. Толчком к этому послужило широко распространенное давление, подкрепленное законодательством в некоторых странах, направленное на снижение потребления пестицидов, включая фунгициды, в растениеводстве. Рынок органической продукции, медленная и дорогая разработка новых фунгицидов и необходимость альтернативных фунгицидам стратегий для минимизации риска развития устойчивости патогенов дают дополнительную мотивацию для этой работы.
Различные грибы-антагонисты листовых патогенов были испытаны для борьбы с листовыми болезнями аллиума. Carisse et al. (2006) сообщили, что обработка участков лука, зараженных B. squamosa, опрыскиванием суспензии спор гриба-антагониста Microsphaeropsis ochracea снизила количество конидий B. squamosa, продуцируемых некротическими листьями, на 82%. Кроме того, контроль заболевания, достигнутый при опрыскивании суспензией спор M. ochracea каждые 7-10 дней, был таким же хорошим, как и при опрыскивании защитным фунгицидом манкозебом с той же частотой. Антагонист также снижал количество конидий, продуцируемых склероциями B. squamosa, на 75%. Распыление спор M. ochracea на остатки лука после сбора урожая может снизить количество конидий из склероций, тем самым уменьшая первичный инокулят для последующих урожаев лука. В более ранних испытаниях опрыскивание конидиями гриба-антагониста Gliocladium roseum (= Clonostachys rosea) было примерно вдвое менее эффективным, чем защитный фунгицид хлороталонил, в снижении пятнистости листьев, вызванной B. squamosa (James and Sutton, 1996). Gliocladium roseum является антагонистом, обитающим в почве, и не функционирует так же хорошо, как грибковые антагонисты, полученные из некротических листьев, в условиях чередования влажных и сухих периодов, характерных для среды на поверхности листьев (Kohl et al., 1995).
Несмотря на использование хороших методов культуры и гигиены посевов, вспышки листовых болезней типичны для регионов, производящих аллиум, и регулярные опрыскивания фунгицидами необходимы для борьбы с ними. Например, в восточной Англии необходимо бороться с комплексом заболеваний, состоящим из пуховой росы, листовой пятнистости B. squamosa и листовой пятнистости Cladosporium. Заражение двумя последними болезнями может сделать культуру более восприимчивой к атаке пуховой росы. Обработка гербицидами, которая может привести к обезвоживанию и опалению листьев, также может сделать их более восприимчивыми к болезням. Считается, что любые условия, снижающие восковой налет на листьях и вызывающие их механическое повреждение, повышают восприимчивость к болезням. Болезни листьев наносят особый ущерб урожаю и хранению, если они возникают, когда лук начинает формировать луковицы, поэтому на этом этапе садоводы интенсивно опрыскивают листья фунгицидами. Свободная от болезней листва важна на поздней стадии луковицы, чтобы применение малеинового гидразида было эффективным для продления срока хранения.
Фунгициды делятся на протектанты и системные. Протектанты покрывают поверхность листа и должны присутствовать на нем до прорастания спор и заражения, чтобы принести пользу, в то время как системные фунгициды способны уничтожить грибок после заражения. Системный фунгицид металаксил широко используется в качестве системного фунгицида против мучнистой росы. Он всегда используется в смеси с защитным фунгицидом, обычно либо дитиокарбаматом, манкозебом или хлороталонилом, хлорфениловым фунгицидом. Это делается для того, чтобы снизить риск развития штаммов патогена, устойчивых к металаксилу. Другая стратегия снижения давления отбора на устойчивость к фунгицидам заключается в чередовании действующих веществ, используемых при последовательных обработках фунгицидами. Испытания, проведенные в Великобритании, показали, что наиболее эффективные фунгициды могут варьироваться от участка к участку в зависимости от распространенных заболеваний. В последние годы борьба с луковой пуховой росой в Великобритании с помощью металаксила была неудовлетворительной, и в качестве альтернативы была одобрена комбинация системного фунгицида диметоморф с защитным средством манкозеб.
Лук, с его восковыми, ланцетовидными листьями, представляет собой сложную поверхность для удержания пестицидов. Была проведена большая работа по повышению эффективности осаждения пестицидов и минимизации стоков путем использования усовершенствованных форсунок, направленных и расположенных под углом, соответствующим культуре, а также путем уменьшения объема распыления, если культура небольшая. Это, наряду с более эффективными фунгицидами, позволило в последние годы сократить общее количество вносимых фунгицидов в соответствии с требованиями правительства и общественности по сокращению использования пестицидов. Тем не менее, в период выращивания лука, как правило, каждые 7-10 дней производители проводят регулярное опрыскивание фунгицидами, причем интервал между опрыскиваниями зависит от риска заболевания. В некоторых странах предпринимаются усилия по сокращению количества опрыскиваний путем разработки систем прогнозирования заболеваний.
Акцент на фунгициды, эффективные для борьбы с B. squamosa и другими листовыми пятнами, которые стали преобладать в 1970-х годах, как полагают, способствовал возрождению значимости пуховой росы в Нидерландах, Великобритании и штате Нью-Йорк в 1990-х годах, поскольку фунгициды для борьбы с B. squamosa были неэффективны против пуховой росы, которая была проблематичной в 1950-х годах, но хорошо контролировалась металаксилом в 1960-х годах (de Visser, 2005, личное сообщение). Увеличение использования комплектов лука, которые могут переносить инокулят пуховой плесени в течение зимы и которые развивают большой листовой полог, в котором микроклимат, благоприятный для пуховой плесени, может возникнуть в начале вегетационного периода, является еще одним фактором, который, как полагают, способствовал увеличению значимости пуховой плесени в Великобритании в 1990-х годах. Кроме того, тенденция к увеличению площади полей лука до 150-200 га, возможно, способствовала возникновению этой проблемы. Эти примеры показывают, как изменения в культурной практике, использование фунгицидов и важность различных заболеваний взаимодействуют в постоянно меняющейся и изменчивой ситуации с болезнями лука в регионе выращивания. Подобная интерактивность и изменчивость применима к большинству аспектов агрономии, отсюда необходимость постоянного мониторинга, диагностики и разработки квалифицированными учеными и агрономами для поддержания продуктивности культур.
Имея точные знания об условиях окружающей среды, необходимых для споруляции и инфекции, можно разработать прогностические модели для болезней листьев. Информация о микроклимате поля теперь может регулярно регистрироваться с помощью электронных датчиков и регистраторов данных. Эта информация может быть использована в компьютерных моделях для прогнозирования сроков применения фунгицидов для предотвращения вспышки болезни. Хорошим примером является модель для B. squamosa leaf blight of onions, названная «Botcast», описанная Саттоном и др. (1986). Основными препятствиями для развития этой болезни являются периоды высокой температуры (> 30 °C), которые подавляют патоген, и периоды низкой влажности и, как следствие, недостаточного увлажнения листьев, которые предотвращают споруляцию. На основе предыдущих исследований эпидемиологии этого заболевания был разработан следующий алгоритм для прогнозирования тяжести заболевания.
1. Оценка споруляции или значения суточного инокулята, DINOV
(DINOV = 0, споруляция отсутствует; DINOV = 1, споруляция)
Средняя температура > 30 °C в течение > 4 часов по крайней мере в один из предыдущих 5 дней?
→ Да: DINOV = 0
→ Нет: Продолжительность влажности на листьях за ночь < 5 ч?
→ Да: DINOV = 0
→ Нет: Продолжительность увлажнения листьев ночью > 12 ч?
→ Да: DINOV = 1
→ Нет: относительная влажность < 70% в течение > 6 ч в предыдущий день и не было дождя или полива?
→ Да: DINOV = 0
→ Нет: DINOV = 1
Расчет суточного значения инфекции, DINFV.
2. Значение DINFV для первых двух ночей после споруляции (т.е. DINOV = 1) рассчитывается как 0,1 или 2 в зависимости от температуры и продолжительности увлажнения листьев, как показано на рис. выше.
3. Индекс тяжести заболевания, DSI, рассчитывается как: DSI = DINOV X DINFV.
4. Кумулятивный индекс тяжести заболевания, CDSI, рассчитывается как: CDSI = сумма значений DSI со дня появления лука.
5. CDSI сравнивается с двумя пороговыми значениями:
CDSI = 21-30, порог 1 — некоторый риск заболевания, применять фунгицид, если ожидается дождь или полив.
CDSI = 31-40, порог 2 — высокий риск заболевания, применять фунгициды как можно скорее.
В модели заложены предположения о том, что начальный инокулят всегда присутствует, что споры, образующиеся ночью, могут выживать в течение 2 дней и что условия, подходящие для рассеивания спор, возникают каждый день.
В испытаниях в Онтарио, Канада, были получены хорошие корреляции между тяжестью заболевания и CDSI, а значения порога 2 имели место всего за несколько дней до начала эпидемического роста заболевания. Начав фунгицидные опрыскивания либо в «Боткасте», либо при пороге 2, а не в обычное время, когда начинают местные луководы, болезнь удалось контролировать в среднем всего тремя опрыскиваниями в год, а не семью. Подобные модели были разработаны примерно в то же время в штатах Нью-Йорк и Мичиган, США (Lorbeer et al., 2002).
Испытания этих моделей в Западной Европе привели к разработке «гибридных» моделей. Сочетание правил из Botcast и Blight Alert, Нью-Йоркская модель, позволило сократить опрыскивание фунгицидами на 27-78% без потери урожая за 3 года испытаний во Франции (Huchette et al., 2005). Сочетание Botcast для прогнозирования первоначального опрыскивания и модели SIV из Мичигана сократило количество необходимых опрыскиваний в Нидерландах на 54% по сравнению с еженедельными опрыскиваниями без потери урожая (de Visser, 1996). В Нидерландах и Великобритании повторное появление пуховой росы как серьезного заболевания в 1990-х годах ограничило практическую пользу прогнозов опрыскивания против B. squamosa, поскольку фермерам необходимо было регулярно опрыскивать фунгицидами для борьбы с пуховой росой (de Visser, 1998). Поэтому необходим прогноз для борьбы с пушистой росой в сочетании с прогнозом для B. squamosa.
Информация, связывающая риск развития мучнистой росы со временем и продолжительностью температур и влажности, благоприятных для споруляции, и связывающая инфекцию со временем и продолжительностью увлажнения листьев наряду с подходящими температурами, была включена в модели прогнозирования заболеваний — например, модель, возможно, получившая подходящее название «Downcast», разработанная в Онтарио, Канада (Jesperson and Sutton, 1987). Эта модель правильно предсказала споруляцию в 111 из 119 ночей в течение двух вегетационных сезонов в Онтарио, и она также оказалась удовлетворительной в Квинсленде, Австралия. Однако модель предсказала только около 50% наблюдаемых случаев споруляции/заражения в Нидерландах (de Visser, 1998) и дала не лучше, чем случайный прогноз споруляции в Великобритании (Gilles et al., 2004). Предполагаемые причины этих неудач «Downcast» включают крайне изменчивую погоду в европейских приморских районах, возможные различия в условиях, необходимых для споруляции штаммов патогена из разных географических мест (Gilles et al., 2004) или несоответствия в измерениях влажности листьев с помощью имеющихся приборов (de Visser, 1998). Модификация ‘Downcast’ (de Visser, 1998) дала лучшие результаты в Нидерландах и позволила сократить количество необходимых применений фунгицидов на 15-29% в опытах во Франции без потери урожая (Huchette et al., 2005).
В Великобритании была разработана количественная модель производства спор пуховой милдью, названная «MILIONCAST», основанная на наблюдениях за влиянием температуры и относительной влажности на количество образующихся спорангиев. Это дало хороший прогноз наблюдаемого появления и интенсивности споруляции на тестовых растениях на открытом воздухе (см. рис. ниже). В Германии была разработана модель ‘Zwipero’ для прогнозирования событий заражения споруляции милдью пушистой с использованием моделируемых значений температуры, влажности и увлажненности листьев в пологе лука (Friedrich et al., 2003). Эти смоделированные входные данные были получены с помощью другой модели, рассчитывающей эти свойства в пределах листового полога на основе стандартных метеорологических данных, измеренных на высоте 2 м над землей. Эта комбинация моделей тестируется с прогнозом погоды, чтобы дать прогноз событий споруляции/инфекции на день или два вперед, а не оценку их вероятности по наблюдаемым микроклиматическим условиям.
Также была разработана система прогнозирования заболевания пурпурной пятнистостью, вызываемой Alternaria porri, основанная на прогнозах погоды для производства спор, ежедневных часов увлажнения листьев и восприимчивости листьев лука к инфекции в зависимости от возраста (Lorbeer et al., 2002).
Современные модели прогнозирования риска заболеваний рассматриваются как вспомогательные средства для управления сельскохозяйственными культурами, в основном указывающие, когда следует усилить разведку на наличие признаков заболевания (Lorbeer et al., 2002; Friedrich et al., 2003) или когда следует начать программы опрыскивания. Поскольку большинство моделей основаны на текущих данных о микроклимате, их оценки споруляционной инфекции являются ретроспективными, и защитные фунгициды будут неэффективны для предотвращения инфекции. Однако оперативное применение системных фунгицидов может сдержать заражение мучнистой росой, а их применение после прогнозирования высокого риска может обеспечить максимальную эффективность при ограниченном количестве таких опрыскиваний, допустимых в течение вегетационного сезона (Gilles et al., 2004).
Хотя модели на основе микроклимата предсказывают, когда условия подходят для споруляции инфекции, они не дают никаких указаний на то, присутствует ли инокулят для инициирования болезни в непосредственной близости от культуры. Было установлено, что количество поражений листьев B. squamosa линейно зависит от концентрации спор в воздухе вокруг культуры.
Программы опрыскивания, начатые только тогда, когда концентрация спор превышала 10-15/м3 , привели к уменьшению количества опрыскиваний более чем в два раза по сравнению с обычной программой рутинного опрыскивания в Квебеке, Канада, без увеличения тяжести заболевания, в основном из-за задержки начала опрыскивания (Carisse et al., 2005). Была разработана технология мониторинга концентрации спор грибковых патогенов с помощью новой ловушки для спор, позволяющей улавливать и количественно определять их путем измерения интенсивности окраски в иммуносорбентном анализе с ферментной связью. Эта технология позволяет неспециалистам отслеживать концентрацию конкретных спор патогенов в смешанных видовых популяциях воздушных спор.
Сочетание этих усовершенствованных методов отлова спор с метеорологическими моделями споруляции и инфекционного потенциала позволит более точно прогнозировать необходимость опрыскивания фунгицидами. Таким образом, количество применений фунгицидов может быть сокращено, что приведет к снижению загрязнения, затрат и риска развития устойчивых к фунгицидам патогенов. Эти технологии необходимо интегрировать в системы управления фермой. В настоящее время часто считается, что легче управлять людьми и оборудованием в крупных сельскохозяйственных операциях, используя рутинные программы опрыскивания, чем опрыскивание в соответствии с прогнозами риска заболеваний, где сроки опрыскивания более эпизодические.
Пурпурная пятнистость (Alternaria porri)
Пурпурная пятнистость (Purple blotch).
Возбудитель: Alternaria porri.
Поражает лук репчатый, чеснок, лук-батун, лук-порей.
Распространен в умеренном и субтропическом климате.
Симптомы: 2-3 мм водянистые поражения на листьях и цветочных стеблях, которые удлиняются и обесцвечиваются, с пурпурными/коричневыми центрами, гниение зараженных луковиц.
Источники заражения: растительные остатки, зараженные луковицы.
Условия образования спор: свет, влажность более 90%, выделение спор при снижении относительной влажности, оптимальная температура 25 °C, мало при < 13 °C.
Условия заражения: 25 °C, свободная вода на листьях в течение 6 ч, более старые и поврежденные листья более восприимчивы (например, трипсами).
Фунгициды: дитиокарбаматы, ипродион, манкозеб, хлороталонил, винклозолин. Фунгициды следует чередовать, чтобы избежать развития устойчивых патогенов.
Культурные методы контроля: длительная ротация, фитосанитария, минимизация увлажнения листьев за счет широких междурядий, умеренное содержание азота, высокое содержание P и K.
Часто в комплексе с Stemphylium vesicorum 1,2,3, сапрофитный гриб Aureobasidium pullulans на листьях ослабляет инфекцию.
Фото: Google.Images
Воротничковая гниль (Botrytis cinerea)
Пятнистость листьев, пятнистость листьев, воротничковая гниль (Leaf fleck, leaf spot, collar rot).
Возбудитель: Botrytis cinerea.
Поражает лук репчатый. Имеет широкий круг резерваторов.
Распространен в умеренном климате.
Симптомы: небольшие пятна на листьях, загнивание круглого псевдостебля с серой плесенью на нем.
Источники заражения: растительные остатки, близлежащие культуры, склероции в почве.
Условия образования спор: при низкой температуре (5 °C).
Условия заражения: растения, пострадавшие от холода.
Фунгициды: дитиокарбаматы, бензимидазолы.
Культурные методы контроля: следует избегать совмещения культур, соблюдать фитосанитарию.
Усугубляется повреждением озона.
Фото: Google.Images
Пятнистость листьев (Botrytis squamosa)
Пятнистость листьев (Leaf blight, blast).
Возбудитель: Botrytis squamosa.
Поражает лук репчатый.
Распространен в умеренном климате.
Симптомы: мелкие, круглые или эллипсоидные белые поражения с бледным ореолом, отмирание листьев от верхушки, спороношение на мертвых листьях.
Источники заражения: склероции в растительных остатках и почве, образующие конидии (споры), близлежащие культуры.
Условия образования спор: 14-20 °C, свободная вода в течение > 12 ч, выделение спор при изменении относительной влажности воздуха.
Условия заражения: 6-28 °C, свободная вода на листьях в течение > 6 ч, восприимчивы старые и старые листья.
Фунгициды: дитиокарбаматы, бензимидазолы.
Устойчивость: A. roylei, от которого устойчивость передается луку.
Культурные методы контроля: следует избегать совмещения культур, соблюдать фитосанитарию, способствовать движению воздуха и высыханию листьев за счет широкого расстояния между культурами, севооборот.
Созданы модели прогнозирования. Усугубляется повреждением озона. Сообщается об устойчивости к бензимидазольным фунгицидам
Усугубляется повреждением озона.
Церкоспориоз листьев (Cercospora duddiae)
Церкоспориоз листьев (Leaf spot).
Возбудитель: Cercospora duddiae.
Поражает лук репчатый, чеснок, шалот и множество видов рода Allium.
Распространен в субтропическом и тропическом климате.
Симптомы: пятна на листьях с красными краями, коричневые споровые массы.
Источники заражения: растительные остатки, сорняки, дикие представители рода Allium.
Условия образования спор и заражения: тепло и влажность.
Фунгициды: протекторные фунгициды, применяемые регулярно — каптан, манеб, бордосская смесь, тиобендазол.
Культурные методы контроля: севооборот, удаление сорняков рода Allium.
Фото: Google.Images
Кладоспориоз листьев (Cladosporium allii)
Кладоспориоз листьев (Leaf blotch).
Возбудитель: Cladosporium allii-cepae на луке и других, C. allii на луке-порее.
Cladosporium allii-cepae Поражает лук репчатый, шалот, лук-порей, чеснок крупноголовчатый, лук-батун и другие виды рода Allium. C. allii поражает лук-порей и чеснок крупноголовчатый.
Распространен в умеренном климате.
Симптомы: Эллиптические белые пятна, полное обесцвечивание листьев, оливковые/коричневые споровые пятна.
Источники заражения: близлежащие посевы и растительные остатки.
Условия образования спор: 2-20 °C, оптимально 5,0-8,5 °C после 8 ч темноты, относительная влажность > 90%, низкая освещенность.
Условия заражения: >17 ч при 100% относительной влажности воздуха, оптимальная температура 15-20 °C, старые и увядшие листья и верхушки листьев.
Фунгициды: ипродион, манеб и хлороталонил или фентина ацетат каждые 14 дней в конце сезона.
Культурные методы контроля: следует избегать перекрестных культур, предотвращать распространение спор при сборе урожая, ротация > 2-3 лет.
Обычно возникает после начала роста луковиц, также на перезимовавших культурах в Великобритании.
Фото: Google.Images
Антракноз (Glomerella cingulata)
Антракноз (Twister, seven curls, anthracnose).
Возбудитель: Glomerella cingulata.
Поражает лук репчатый. Имеет множество растений-переносчиков.
Распространен в субтропическом и тропическом климате.
Симптомы: искривленные, скрученные листья, хлороз, длинные шейки, белые поражения, розовые споры.
Источники заражения: растительные остатки, альтернативные растения-переносчики, семена.
Условия заражения: 23-30 °C, высокая относительная влажность воздуха, инфекция, распространяемая дождем и ветром.
Фунгициды: зинеб, фербам, каптан, дитан или медные составы.
Культурные методы контроля: поддержание фитосанитарного состояния.
Насекомые и ирригационная вода могут распространять споры.
Фото: Google.Images
Мучнистая роса (Leveillula taurica)
Мучнистая роса (Powdery mildew).
Возбудитель: Leveillula taurica.
Поражает лук репчатый, чеснок, лук-порей.
Распространен в умеренном и субтропическом климате.
Симптомы: 5-15 мм желтые, круглые поражения на листьях, образующие мучнистые конидии.
Условия заражения: через устьица, особенно на старых листьях.
Встречается редко, заражает растения, у которых отсутствует восковой налет на листьях
Фото: Google.Images
Ложная мучнистая роса (Peronospora destructor)
Ложная мучнистая роса, пероноспороз (Downy mildew).
Возбудитель: Peronospora destructor — типичный облигатный паразит.
Поражает лук репчатый, шалот, чеснок, лук-батун, шнитт-лук.
Распространен в умеренном климате.
Симптомы: бледные, удлиненные пятна на листьях, образующие серо-фиолетовый войлок из споровых тел, хлороз и разрушение листьев и цветочных стеблей.
Проявление заболевания может носить местный и диффузный характер. При местном проявлении поражены отдельные участки листа. На листьях и цветочных стрелках появляются бледно-зеленые расплывчатые овальные пятна, на которых выступает серовато-фиолетовый налет. Под ним пораженная ткань имеет желтоватый или хлоротичный вид.
При диффузном типе проявления болезни поражением охвачен весь лист или большая его часть. В это время растения имеют угнетенный вид, листья сначала приобретают бледно-зеленую, а затем желтоватую окраску и покрываются серо-фиолетовым налетом. Листья, а потом и стрелки искривляются, в местах сильного поражения отмирают и подламываются.
Источниками инфекции являются зараженный посадочный материал, многолетние виды лука, растительные остатки.
Источники заражения: растительные остатки, совмещение культур, сорняки, системно зараженные луковицы или севок. В период роста лука диффузно пораженные растения являются основным источником заражения. Конидии с этих растений легко разносятся ветром и попадают на листья и стрелки здоровых растений.
Условия образования спор: 3-25 °C, 100% относительной влажности, споры образуются ночью и высвобождаются при снижении относительной влажности днем, 9-16 дней латентный период между заражением и образованием спор.
Условия заражения: оптимально 10-12 °C, свободная вода на листьях в течение 2-4 ч. Распространение и развитие определяется погодными условиями. Влажная погода способствует развитию Peronospora destructor как при местном, так и при диффузном типе проявления болезни. В засоренных и загущенных посадках лука интенсивность проявление этого заболевания также усиливается.
Фунгициды: дитиокарбаматы, медь, хлороталонил. Фосетил-Ал, металаксил, следует чередовать фунгициды, чтобы избежать развитие устойчивости патогенов.
Устойчивость: сообщалось о различной устойчивости сортов, устойчивость от A. roylei была перенесена на лук.
Культурные методы контроля: следует избегать совпадения культур, поддерживать фитосанитарное состояние, севооборот > 4 лет; чтобы минимизировать влажность круглых листьев, следует использовать широкие междурядья, ориентировать ряды параллельно преобладающему ветру и используйте умеренное количество азота.
Термообработка зараженных луковиц в течение 4 ч при 41 °C, разработаны модели прогнозирования. Наносит значительный вред семенным посевам.
Фото: Google.Images
Белая верхушка лука-порея (Phytophthora porri)
Белая верхушка лука-порея (White tip of leek).
Возбудитель: Phytophthora porri.
Поражает лук репчатый, чеснок, лук-порей, раккио.
Распространен в умеренном климате.
Симптомы: белые поражения 3 х 5 см, особенно на кончиках листьев, гниль луковиц у лука репчатого и раккио.
Источники заражения: ооспоры, разлетающиеся по почве, от дождя, зараженные листья.
Условия заражения: контакт листьев с водой, связанный с дождем, 120 градусов-дней (>3 °C) от заражения до поражения.
Фунгициды: хлороталонил, металаксил, манкозеб и металаксил.
Устойчивость: обнаружены гены устойчивости у некоторых сортов и местных разновидностей.
Культурные методы контроля: ротация > 3 лет.
Сохраняется на перезимовавших культурах, ооспоры выживают > 5 месяцев в почве.
Фото: Google.Images
Ржавчина листьев (Puccinia allii)
Ржавчина репчатого лука, ржавчина лука-порея (Onion rust, leek rust).
Возбудитель: Puccinia allii (DC.) Rudolph (также иногда указывается возбудитель Puccinia porri (Wint.)), разные штаммы для лука репчатого и лука-порея.
Поражает все культуры лука.
Распространен в умеренном климате.
Симптомы: белые или светло-желтые слабо выпуклые подушечки (пятна) с оранжевыми пустулами уредоспор, 1-3 мм длиной.
Источники заражения: близлежащие посевы и растительные остатки, телиоспоры, перезимовавшие на пораженных растительных остатках и многолетних видах лука.
Условия заражения: 10-24 °C, влажность выше 97% в течение более 4 ч, массовое распространение в период вегетации осуществляется уредипиоспорами.
Фунгициды: манеб, зинеб, фенпропиморф (для лука-порея).
Устойчивость: частичная у некоторых сортов лука-порея, улучшенная селекцией у лука-батуна.
Культурные методы контроля: следует избегать перекрестных культур, поддерживать фитосанитарное состояние, ротация > 4-5 лет.
Усугубляется на растениях, находящихся в стрессовом состоянии, обезображивает урожай листовых культур. Поражение растений приводит к ухудшению товарных качеств зеленого пера, а при сильной степени развития болезни и к снижению урожая луковиц.
Фото: Google.Images
Черная (стеблевая) плесень (Stemphylium botryosum)
Черная (стеблевая) плесень (Black (stalk) mould (rot)).
Возбудитель: Stemphylium botryosum, половая стадия, образующая аскоспоры, Pleospora herbarum.
Поражает лук репчатый, лук-порей. Имеет множество растений-переносчиков.
Распространен в умеренном и субтропическом климате.
Симптомы: пятна, затем коричневый цвет и черная плесень, разрушение листа или цветоносов.
Источники заражения: растительные остатки, зараженные семена.
Условия образования спор: Прохладные, влажные условия.
Условия заражения: поражение другими патогенами, например, Botrytis или мучнистой росой.
Фунгициды: те же, что для ложной мучнистой росы или Botrytis.
Культурные методы контроля: следует поддерживать фитосанитарное состояние, избегать повреждения урожая, которое приводит к образованию некротических тканей.
Часто является вторичной инфекицей, захватывая ткани, поврежденные мучнистой росой или Botrytis.
Фото: Google.Images
Стемфилиумная листовая и стеблевая гниль (Stemphylium vesicarium)
Стемфилиумная листовая и стеблевая гниль (Stemphylium leaf blight and stalk rot).
Возбудитель: Stemphylium vesicarium, аскоспорообразующая стадия — Pleospora allii.
Поражает лук репчатый, чеснок, лук-порей.
Распространен в умеренном и субтропическом климате.
Симптомы: маленькие, белые или коричневые водянистые пятна на листьях, удлиняющиеся до веретенообразных пятен с темно-коричневыми или черными центрами, где образуются конидии.
Источники заражения: аскоспоры из зараженных растительных остатков в конце зимы, конидии из мусора весной и с зараженных растений по мере развития эпидемии.
Условия образования спор: 10-21 °C, > 14 ч при < 5 mb VPD для аскоспор, дождь и 15-32 °C для конидий.
Условия заражения: > 8 ч влажности листьев при 10-25 °C, усиливается при более длительной влажности и более высокой температуре (до 20 °C), повреждение тканей другими патогенами.
Фунгициды: дитиокарбаматы, ипродион, манкозеб, хлороталонил, винклозолин. Фунгициды следует чередовать, чтобы избежать развития устойчивых патогенов.
Культурные методы контроля: длительная ротация, фитосанитария, минимизация увлажнения листьев за счет широких междурядий, умеренное содержание азота, высокое содержание P и K.
Симптомы трудно отличить от Alternaria porri, часто встречается с последней как комплекс заболеваний, вызывает разрушение цветочных стеблей.
Фото: Google.Images
Парша (Urocystis cepulae)
Парша (Smut).
Возбудитель: Urocystis cepulae или U. colchici.
Поражает лук репчатый, шалот, лук-порей, лук-батун, шнитт-лук.
Распространен в умеренном климате.
Симптомы: утолщенные участки длиной несколько мм на молодых листьях, образующие черные, мучнистые споровые массы, скрученные листья.
Источники заражения: споры в почве, зараженных растениях или рассаде.
Условия образования спор: заражается, когда семядольные листочки или молодые листья пробиваются из почвы, оптимальная температура 13-22 °C, ингибируется при > 29 °C.
Фунгициды: обработка семян тирамом, каптаном, фербамом или фолпетом.
Культурные методы контроля: использование севка или рассады, так как они меньше подвержены заражению, когда температура способствует быстрому появлению всходов, оставляя меньше времени для заражения.
Заражает семядоли и молодые листья при прорастании из почвы, поэтому период заражения короткий, споры могут жить в почве > 25 лет. Парша, вызываемая Urocystis colchici, является почвенной болезнью, но поскольку она проявляется в основном на побегах, то обсуждается в разделе «Грибковые болезни листьев».
Фото: Google.Images
Почвенные грибковые заболевания
Существует несколько важных грибковых заболеваний, передающихся из почвы, которые поражают корни или основания стеблей. Как и в случае с другими типами патогенов, существует целый ряд болезней — от специфических для аллиумов до тех, которые поражают многие виды культур. Entwistle (1990) написал обзор и библиографию по этим болезням, они описаны и проиллюстрированы в Schwartz and Mohan (2008).
Все корневые болезни аллиумов имеют ряд общих черт. Все эти организмы могут поражать корни, а большинство из них могут проникать в ткани подземных побегов и поражать основание стебля. Розовый корень является исключительным заболеванием, поскольку он поражает только корни и сухие наружные оболочки основания побега. Симптомы болезни, как и следовало ожидать от разрушения корней, связаны с водным или питательным стрессом. Листья теряют тургор, вянут, желтеют и в конечном итоге отмирают, а растения становятся низкорослыми и могут погибнуть. Симптомы усугубляются при засухе. Ранняя атака может привести к провалу всходов или гибели рассады.
В зависимости от температурных требований болезни можно условно разделить на те, которые встречаются в холодном умеренном климате, и те, которые встречаются в более теплых регионах (см. таблицу 5.6). Однако в средиземноморском климате средних широт болезни холодных температур, такие как белая гниль, могут поражать зимние культуры, а болезни более теплых температур — летние культуры.
Изменения в культурной практике могут влиять на болезни корней, часто неожиданным образом. Хорошим примером является влияние борьбы с наводнениями в Египте на белую гниль после строительства Асуанской плотины. До этого поля, используемые для выращивания лука, в течение нескольких недель подвергались затоплению, за которым следовало пекло, с температурой до 39°C на уровне 5 см, по мере высыхания почвы. Это, наряду с ежегодным отложением свежего ила из паводковых вод, предотвращало появление белой гнили. После предотвращения наводнений сильная белая гниль привела к более чем 50%-ному сокращению производства зимнего лука и значительному снижению экспорта.
Меры контроля
Методы борьбы с болезнями можно сгруппировать по нескольким разделам, относящимся к большинству этих болезней, передающихся через почву.
Предотвращение распространения
Все болезни, передающиеся через почву, могут распространяться с помощью всего, что перемещает зараженную почву с места на место. Важно убедиться, что посадочный материал свободен от болезней. Рассаду, саженцы и гвоздики следует выращивать на незагрязненной земле и, при необходимости, проверять на отсутствие болезней. Необходимо предотвратить перемещение зараженной почвы с зараженной болезнью земли на ботинках, инвентаре и т.д. Зараженные растительные остатки должны быть изолированы, а распространители болезни уничтожены путем высокотемпературного компостирования (Coventry et al., 2002) или другими способами.
Культурный контроль
Чередование культур может быть эффективным для борьбы с теми корневыми болезнями, которые имеют довольно короткоживущие распространители. Промежуток в 5-6 лет между посевами аллиума эффективен для борьбы с розовым корнем в Айдахо, США, а для борьбы с фузариозной базальной гнилью в Колорадо, Тасмании и на Филиппинах рекомендуется промежуток в 3 и более лет. Патогены, вызывающие розовый корень, фузариозную базальную гниль и южную чуму, имеют широкий круг хозяев, поэтому невосприимчивые культуры следует чередовать с луком. Однако некоторые патогены, передающиеся через почву, имеют очень долгоживущие покоящиеся тела — в частности, склероции белой гнили, поэтому борьба с ними путем севооборота невозможна.
Развитие болезней зависит от температуры, и иногда можно избежать корневых заболеваний, выращивая культуры аллиума в то время года, когда температура почвы не способствует развитию болезней. Например, в Израиле ранние сорта лука дают зрелые луковицы до того, как температура почвы поднимется выше 25 °C и будет благоприятствовать развитию розового корня, южной пятнистости или фузариозной базальной гнили. В Луизиане, США, лук-шалот, посаженный в августе, а не в сентябре-октябре, можно собирать в ноябре, до того как температура почвы снизится до диапазона, при котором белая гниль становится проблемой. В Великобритании перезимовавший салатный лук можно убирать в апреле, до того как температура почвы поднимется настолько, что начнутся вспышки белой гнили.
В случае с болезнями, вызываемыми вымоканием, риск заражения сводится к минимуму, если сократить время нахождения растений в уязвимой стадии рассады. Этого можно достичь путем посева, когда температура способствует быстрому появлению и росту, а также путем создания хороших условий для посева.
Устойчивые сорта
В юго-восточной части США уже давно ведется селекция лука на устойчивость к розовому корню, и там уже давно выращиваются сорта с достаточной степенью устойчивости. Устойчивость, по-видимому, включает в себя как способность корней противостоять инфекции, так и способность производить новые корни после заражения (Entwistle, 1990). Настоящую устойчивость следует отличать от ситуаций, когда раннее созревание позволяет сорту избежать температуры, способствующей развитию болезни. Аналогичная ситуация наблюдается и с устойчивостью лука к фузариозной базальной гнили (FBR): устойчивость к заболеванию не абсолютна, но потери значительно снижаются. Были разработаны многочисленные методы скрининга на устойчивость, включая испытания рассады. Было обнаружено, что устойчивость к FBR сильно коррелирует с устойчивостью к розовому корню в одной популяции (Cramer, 2000). В некоторых регионах еще предстоит вывести фототермически адаптированные сорта, устойчивые к розовому корню и FBR. Несмотря на значительные исследовательские усилия во всем мире, надежная устойчивость к белой гнили пока не выявлена (Hovius et al., 2005).
Уничтожение распространителей
Часто существует корреляция между плотностью популяции размножения патогенов в почве, которая называется плотностью инокулята, и тяжестью заболевания. Существует ряд мер, снижающих плотность инокулята — одной из них является севооборот, о котором говорилось выше, и в настоящее время рассматриваются другие.
Фумиганты
Инокулят возбудителя можно уничтожить с помощью фумигантов, таких как бромистый метил, хлорпикрин или дихлорпропен. Хотя это и дорого, но эффективно против широкого спектра корневых заболеваний (Sumner et al., 1997). Уплотнение поверхности почвы полиэтиленовой пленкой после внесения фумигантов сохраняет их в почве дольше и повышает их эффективность (Entwistle, 1990). Фумигация используется для устранения небольших очагов инфекции белой гнили или для создания грядок, свободных от фузариозной базальной гнили, для выращивания рассады. Однако использование фумигантов становится все более неприемлемым по экологическим соображениям; в частности, бромистый метил был признан озоноразрушающим веществом, и его использование постепенно прекращается (Clarkson and Whipps, 2002).
В жарких странах аналогичным образом действует соляризация (см. выше раздел «Вредители-нематоды»), которая уничтожает патогены в верхних 25-30 см почвы за счет повышения температуры на 10-15°C (Clarkson and Whipps, 2002). Например, в южной Испании покрытие влажной почвы тонкой пленкой полиэтилена в течение 8 недель, начиная с июля, снизило количество склероций белой гнили от 100 до 150/кг почвы до необнаруживаемого уровня и удвоило урожай чеснока на зараженных белой гнилью участках (Prados- Ligero et al., 2002). Соляризация эффективна только в регионах с высокой инсоляцией; например, в прохладное лето в Виктории, Австралия, соляризация не подавила розовую корневую болезнь, но повысила урожайность и улучшила профилактическое действие фумиганта дазомет на болезнь (Porter et al., 1989). В прохладном климате пар можно использовать для тепловой стерилизации почвы и уничтожения возбудителей корневой инфекции, но это дорого и возможно только в небольших масштабах для устранения «очагов инфекции» или для создания свободных от болезней грядок для пересадки растений (White et al., 2000). Земля, обработанная соляризацией или фумигантами, может довольно быстро заразиться вновь из соседней почвы или от патогенов, сохранившихся глубоко в почве (Porter et al., 1989; Prados-Ligero et al., 2002).
Стимуляторы прорастания патогенов
Одним из интересных биологически обоснованных методов является применение химических веществ, стимулирующих прорастание отростков в отсутствие растений-хозяев, и этот подход был с некоторым успехом опробован против белой гнили. Склероции Sclerotium cepivorum стимулируются к прорастанию возле корней аллиума характерными «ароматическими летучими веществами» (см. главу 8), образующимися в результате экссудации предшественников в ризосферу. Если растения-хозяева отсутствуют после его прорастания, патоген погибает. Луковое масло и ароматический летучий диаллилдисульфид (DADS), который может быть получен химическим путем, стимулируют прорастание склероций белой гнили. В полевых испытаниях на органических почвах в Онтарио, Канада, введение 85,5% DADS из расчета 10 л/га в 500 л/га воды снизило заболеваемость луковиц белой гнилью при сборе урожая до незначительного уровня на участках, где без обработки заболеваемость составляла 2-8%, но на участке с более высокой заболеваемостью болезнь не была подавлена (Hovius и McDonald, 2002). Тепличные испытания показали, что внесение DADS в почву привело к 80% уничтожению склероций за 2 месяца по сравнению со 100% выживанием в необработанной почве. Аналогичный, но менее выраженный эффект DADS на выживаемость склероциев наблюдался в полевых условиях. Изменчивость этих результатов отражает более ранние отчеты, в которых DADS или луковое масло, применяемые на зараженных полях, снижали последующую заболеваемость белой гнилью до 75%, но в других испытаниях они не были эффективны (Entwistle, 1990).
Компосты и отходы лука
Значительные объемы отходов лука образуются на складах и предприятиях пищевой промышленности. Знание того, что склероции белой гнили стимулируются к прорастанию ароматическими летучими веществами, побудило исследователей использовать такие отходы переработки в качестве дешевой почвенной добавки, которая содержит такие летучие вещества и может быть использована для уничтожения склероций.
Эксперименты показали, что склероции в луковых отходах уничтожаются в течение 3 дней при температуре 48 °C и выше, поэтому это была минимальная обработка, необходимая для того, чтобы избежать распространения болезни из зараженных отходов (Coventry et al., 2002). Эксперименты в горшках показали, что разрушение склероциев действительно происходит в почве, обработанной таким компостом, но для достижения значительного эффекта необходимо высокое соотношение компоста и почвы. Например, компост, полученный за 7 дней при 54 °C, вызвал более чем 60%-ное уничтожение склероциев в смеси 50:50 почва:компост, хранившейся при 13 °C в течение 6 месяцев. Хотя компостированные отходы содержали ароматические летучие вещества, имелись доказательства того, что уничтожение склероций компостом было вызвано и другими факторами. Дальнейшие эксперименты показали, что компосты из отходов лука или моркови оказывали аналогичный эффект, хотя наиболее эффективными были луковые отходы (Coventry et al., 2005).
Фунгициды
Обработка фунгицидами болезней, передающихся через почву, затруднена, поскольку корни и основания стеблей недоступны для химикатов. Обычно только при посеве семян, высадке рассады, луковиц или пересадке рассады можно разместить фунгициды там, где они будут наиболее эффективны. Защитный дитиокарбаматный фунгицид широкого спектра действия, тирам, в сочетании с системными, лечебными фунгицидами, такими как тиобендазол или карбоксин, регулярно применяется в виде пленочных покрытий на семенах аллиума (Taylor et al., 2001). Такая обработка снижает потери от болезней, вызываемых отсыреванием. Фунгицидные опрыскивания можно применять для зубчиков чеснока, лука и рассады, а также для защиты от фузариозной гнили (Cramer, 2000).
Селективные системные фунгициды доказали свою эффективность в борьбе с белой гнилью. В настоящее время очень эффективен системный фунгицид тебуконазол (Melero-Vara et al., 2000; Wood et al., 2002; Clarkson et al., 2006). Покрытие семян 5 г тебуконазола на кг семян снизило заболеваемость белой гнилью лука, собранного с зараженного белой гнилью поля, с 47% для необработанного контроля до 9% при обработке семян (Clarkson et al., 2006).
Аналогичным образом, испытания чеснока показали, что погружение зубчиков в раствор тебуканазола перед посадкой снижает заражение белой гнилью, а эта обработка плюс четыре опрыскивания раствором фунгицида, направленного на основание стебля, увеличили урожай луковиц на 33% и снизили количество погибших растений с 17 до 1,5% (Melero-Vara et al., 2000). Эта обработка была так же хороша, как и соляризация, в преодолении белой гнили. Как и многие другие фунгициды, текнобуказол обладает некоторым фитотоксическим действием, и процент всходов и размер ранних растений из семян и луковиц уменьшается по мере увеличения концентрации, применяемой в семенах-куртинках и пикировках. Наилучшим компромиссом между таким снижением жизнеспособности и контролем белой гнили было использование 0,4 г технобуказола на 105 семян и окунание луковиц в раствор 1,25 г/л на 20 минут (Wood et al., 2002). Эксперименты, в которых обработка семян текнобуказолом сочеталась с биологическим агентом борьбы Trichoderma viride, позволили усилить контроль белой гнили по сравнению с любой из обработок по отдельности, показав, что эти два подхода к борьбе с болезнями не обязательно несовместимы (Clarkson et al., 2006).
В 1980-х годах дикарбоксимидный фунгицид ипродион был эффективен для борьбы с белой гнилью и использовался в целевых методах применения, включая покрытие семян, опрыскивание основания стебля, внесение под семена при посеве и внесение в компост для выращивания рассады (Entwistle, 1990). Через несколько лет ипродион перестал быть эффективным средством борьбы с белой гнилью. То же самое произошло несколькими годами ранее с дихлораном. Причиной этих неудач стало выделение и накопление в почве бактерий, которые быстро разлагают фунгициды — явление, названное «усиленной деградацией» (Entwistle, 1990). Усиленная деградация оказалась долговременной и необратимой в практических полевых масштабах.
Биологический контроль
Растущая озабоченность по поводу химических веществ в окружающей среде, а также проблемы потери фунгицидной активности в результате накопления резистентности и усиления деградации в почве, стимулировали усилия по разработке альтернативных, биологических систем контроля корневых заболеваний. Существует множество примеров того, как бактерии и грибы осуществляют контроль над ризосферными патогенами с помощью ряда механизмов, включая конкуренцию и исключение, антибиоз, паразитирование патогена (гиперпаразитизм) и индуцирование устойчивости хозяина (Whipps, 2001).
Было выявлено довольно много таких грибов-антагонистов, включая штаммы Sporidesmium sclerotivorum, которые уничтожают склероции белой гнили, и Trichoderma harzianum, который атакует как гифы, так и склероции белой гнили. Последний гриб был применен к растущей культуре в ходе испытаний в Египте и снизил заболеваемость (Entwistle, 1990). Культуры T. koningii, внесенные вокруг семян лука в количестве, эквивалентном 1590 кг/га, сократили долю проростков, зараженных белой гнилью, примерно на 70% (Metcalf et al., 2004). Инокуляция компоста T. viride или погружение корней пересаженных растений в суспензию этого гриба уменьшило заболевание розовой гнили у лука-порея (Biesiada et al., 2004). С другой стороны, внесение культуры T. harzianum под зубчики чеснока при посадке или погружение зубчиков в суспензию бактериального антагониста Bacillus subtilis оказывало лишь незначительное влияние на заболевание белой гнилью (Melero-Vara et al., 2000).
Общий опыт применения микробных антагонистов показывает, что в полевых условиях достигнутый контроль непостоянен и непредсказуем. Улучшение этой ситуации возможно только благодаря лучшему пониманию биологических процессов в ризосфере. Успешные агенты биоконтроля должны быть не только антагонистичны к патогенам in vitro, но и эффективны в ризосфере (Whipps, 2001).
В начале программы по выявлению биоконтрольных агентов, разрушающих склероции белой гнили, и изучению факторов, влияющих на их активность, Кларксон и др. (2002) выделили 65 грибковых изолятов, способных разрушать склероции белой гнили на агаре. Пятнадцать из них разрушали склероции в почве, а 16 контролировали болезнь белой гнили в проростках. Из этих тестов два изолята T. viride были отобраны как наиболее перспективные. В полевых испытаниях на сильно зараженной почве количество зараженных луковиц сократилось с 75 до примерно 50% при внесении этих препаратов — культивированных в отрубях и суспендированных в геле — под семена при посеве и на основание растений во время роста. Дальнейшие исследования этих антагонистов позволили установить, как температура почвы, водный потенциал и тип почвы влияют на разрушение склероциев. Склероции уничтожались антагонистами во всех типах почв, и они были явно активны в диапазоне 15-18 °C — температур, оптимальных для заражения лука белой гнилью. Однако степень борьбы с белой гнилью в биопробах с использованием отобранных штаммов все еще варьировалась в зависимости от типа почвы и против различных изолятов патогена (Clarkson et al., 2004).
В некоторых тепличных опытах был достигнут улучшенный контроль заболевания, вплоть до его полного устранения, при сочетании инокуляции T. viride с выращиванием рассады в комбинации 50:50 почва:компостированные луковые отходы, или при сочетании инокуляции T. viride с обработкой семян технобуказолом (Clarkson et al., 2006). Возможно, биологические агенты контроля, подавляющие болезнь компосты и фунгицидная обработка семян могут быть объединены для улучшения контроля белой гнили в будущем.
Белая гниль (Sclerotium cepivorum)
Белая гниль, склеротиозная гниль донца (White rot) — одно из самых разрушительных и важных заболеваний овощей семейства аллиум. Поражает лук репчатый, лук-порей, чеснок в поле и при хранении.
Температуры: 9-24 °C для прорастания склероциев; 5-29 °C для роста мицелия, оптимально 14-18 °C.
Грибок проникает в эпидермис корня и поражает корневую кору. При раннем загнивании луковиц в поле у больных растений листья желтеют и отмирают, начиная с кончика. Растения, зараженные белой гнилью, могут иметь на основании стебля ватообразную белую или серую массу грибкового мицелия. Этот мицелий может заражать соседние растения, поэтому распространению болезни способствует высокая плотность растений, характерная для выращивания салатного лука. В мицелии и на основании зараженных растений образуются черные покоящиеся тела диаметром около 0,5 мм, называемые склероциями. Покоящиеся склероции белой гнили могут сохраняться в полевой почве более 18 лет. Спор гриб не образует.
Гриб белой гнили очень специфичен для аллиумов, а прорастание склероций стимулируется характерными летучими «ароматическими» соединениями вокруг их корней. Болезнь может развиваться на всех овощных культурах, но, как правило, на чесноке и луке более серьезно, чем на луке-порее. Сначала заражение на полях может оставаться незамеченным, но за 4 года последовательных посевов лука может снизить урожайность до нерентабельного уровня. После заражения, из-за устойчивости склероций в почве, зараженные земли обычно оставляют для выращивания лука.
Меры контроля: фумигация, соляризация, фунгициды, избежание по срокам.
Фото: Google.Images
Розовый корень (Pyrenochaeta terrestris)
Заражение Pyrenochaeta terrestris (также Phoma terrestris) приводит к появлению характерных корней розового цвета (Pink root), которые со временем становятся темно-красными. Зараженные корни в конечном итоге разрушаются и погибают.
Поражает лук репчатый, чеснок, шалот, лук-порей.
Температуры: >16 °C, оптимум 24-28 °C.
Этот грибок является важным патогеном для ряда неаллийных культур и может выживать в почве в виде различных видов спор или на обломках или корнях восприимчивых культур. Патоген вырабатывает несколько токсинов, участвующих в возникновении болезни.
Меры контроля: использование устойчивых сортов, севооборот, фумигация, соляризация, избежание по срокам.
Фото: Google.Images
Фузариозная гниль основания (Fusarium oxysporum)
Фузариозная гниль донца луковицы.
Возбудитель: Fusarium oxysporum; f. sp. cepae; f. sp. allii Fusarium culmorum.
Поражает лук репчатый, чеснок, лук-батун, раккио.
Фузариозная гниль основания (Fusarium basal rot) вызывается Fusarium oxysporum f.sp. cepae, который является одним из более чем 100 специальных форм (f.sp.) F. oxysporum, многие из которых являются патогенными. Cramer (2000) сделал обзор исследований этого заболевания.
Основным источником инокулята в полевых условиях являются круглые толстостенные хламидоспоры. Патоген может вызывать заболевание на всех стадиях роста лука, от всходов до хранения луковиц. Гриб может проникнуть в основание лука и вызвать коричневое обесцвечивание и гниение, так что побег легко отделяется от основания. Заражение может усиливаться при повреждении вредителями, и болезнь иногда проявляется вместе с розовым корнем.
При фузариозной гнили на донце луковицы развивается обильная белая или слегка розовая грибница и плотные розовые подушечки конидиального спороношения. Возбудители болезни сохраняются в почве па растительных остатках, передаются с семенами и севком.
Температуры: 15-32 °C, оптимально 28-32 °C.
Меры контроля: использование устойчивых сортов, севооборот, фумигация, соляризация, избежание по срокам.
Фото: Google.Images
Гниль основания чеснока и лука-порея (Fusarium culmorum)
Гниль основания чеснока и лука-порея (Garlic и leek root basal rot).
Патоген Fusarium culmorum был признан причиной гнили посаженных зубчиков, молодых растений, основания и луковиц чеснока. Этот же патоген был идентифицирован как причина корневой и стеблевой базальной гнили лука-порея, которая вызывает красновато-фиолетовое обесцвечивание у основания псевдостебля. Патоген не вызывает заболевания лука и лука-шалота. Впервые о заболевании было сообщено на чесноке в Калифорнии в 1976 году, а на луке-порее в Испании в 1996 году. Поскольку болезнь лука-порея была обнаружена в Калифорнии на рассаде, растущей в беспочвенном компосте в теплицах, считалось, что она, скорее всего, возникла из зараженного семени и, следовательно, передается семенами (Koike et al., 2003).
Фото Google.Images
Южное пятно (Sclerotium rolfsii)
Патоген Sclerotium rolfsii, вызывающий это заболевание, поражает широкий спектр культур в теплом климате: лук репчатый, чеснок, лук-порей, лук-батун и многие другие виды.
Температура: > 15 °C, оптимально 27-30 °C.
На луке его симптомы — грязно-белые пятна на наружных чешуях луковицы и шейке у поверхности почвы; позже они становятся водянистыми и кашицеобразными. На луковице и вокруг нее может образоваться паутина грибкового мицелия, а на луковице — шарообразные коричневые склероции. Гифы гриба могут проникать непосредственно в побеги лука. Патоген может проникать с растения на растение. Первичным инокулятом может быть мицелий в зараженной органической материи или склероции.
Меры контроля: фумигация, соляризация.
Фото Google.Images
Болезни увядания
Как и все другие культуры, семена и проростки аллиума подвержены увяданию (Damping off) после посева и во время прорастания, а также появлению многочисленных видов грибов из семейств Fusarium spp.; Pythium spp.; Rhizoctania spp. и R. solani.
Эти грибки повсеместно распространены в почве и поражают все луковые культуры. Семена обычно покрывают фунгицидами для уменьшения поражения сыростью. Pythium spp. обычно наиболее разрушительны в холодных, влажных почвах, поэтому хороший дренаж помогает избежать заражения. Подробная информация о различных видах грибков и их жизненных циклах приведена в Schwartz and Mohan (2008).
Меры контроля: фумигация, соляризация, избежание по срокам.
Фото Google.Images
Малораспространенные грибковые заболевания
Угольная гниль (Charcoal rot) — Macrophomina phaseolina
Ботритисовая гниль чеснока (Botrytis rot of garlic) — Botrytis porri
Гниль листьев (вздутие) (Leaf rot (blast)) — Sclerotinia squamosa
Склеротиниевая гниль (Sclerotinia rot) — Sclerotinia sclerotiorum
Скользкая кожа (Slippery skin) — Pseudomonas gladioli pv. alliicola (= Burkholderia gladioli)
Болезнь белых кончиков (White tip) — Phytopthora porri
Грибковые заболевания при хранении лука
Иногда некоторые из патогенов, обсуждаемых в разделе «Грибковые заболевания, передающиеся через почву», не проявляются как болезнь, пока не вызовут гниль в хранящихся луковицах. К ним относятся:
- Fusarium oxysporum, который может вызвать водянистое размягчение, распространяющееся от основания луковицы, иногда с розовым оттенком;
- Sclerotium rolfsii, когда инфекции на поздних стадиях роста могут не обнаруживаться при сборе урожая и вызывать размягчение и гниение луковиц в хранилище, если их не держать в прохладе;
- S. sclerotiorum;
- луковицы, зараженные S. cepivorum (белая гниль), могут продолжать гнить в хранилище;
- Alternaria porri иногда может вызывать водянистую гниль, начинающуюся в шейке луковицы, которая сначала желтеет, но затем становится пурпурно-красной;
- B. squamosa может вызывать шейковую гниль в луковицах белого лука;
- B. cinerea может создавать обезображивающие коричневые пятна на кожице луковиц, но не вызывает внутренней гнили;
- пятнистость Diplodia, серо-черное окрашивание кожицы белого лука и чеснока в Техасе, вызываемое Lasiodiplodia theobromae;
- кашицеобразная гниль, вызываемая Rhizopus microsporus, которая географически широко распространена, но встречается нечасто;
- желтая плесневая гниль, вызываемая Aspergillus alliaceus;
- Aspergillus fumigatus часто встречаются в микрофлоре хранящегося лука умеренного климата, процветает только при температуре > 40 °C.
Последняя, как и A. niger, развивается в теплом хранилище (28-32 °C) и производит массу желтых спор и черных покоящихся тел (склероций). Было показано, что заражение наружных чешуй луковицы Fusarium proliferatum вызывает лососево-розовое обесцвечивание сухих наружных чешуй белого лука в штатах Айдахо и Вашингтон, США (du Toit et al., 2003).
Потери в магазине также могут быть вызваны бактериями родов Erwinia, Lactobacillus и Pseudomonas. Применение высокого гидростатического давления (200-400 МПа) при 5 °C в течение 30 минут инактивировало выделенные микроорганизмы, включая грамположительные и грамотрицательные бактерии, плесени и дрожжи, и сократило жизнеспособные популяции этих организмов в тканях лука (Arroyo et al., 1999).
Многие из этих потенциальных патогенов широко распространены, растут как сапрофиты и спорулируют на разлагающейся материи в почве. Раны в луковицах или шейках необходимы для проникновения многих из них, а повреждения при ботве и уборке лука являются уязвимой стадией для инфекции. Быстрая сушка раненых шеек и тканей может снизить риск заражения. Температурный оптимум для развития этих патогенов свидетельствует о регионах и климате, в которых они являются важными болезнями (Maude, 2006). Например, шейковая гниль является серьезной проблемой в регионах с умеренным, но не с теплым климатом, тогда как черная плесень распространена в тропиках, но редко встречается в условиях умеренного климата, если только для сушки луковиц не используются длительные высокие температуры. Климатические условия, благоприятные для почвенных и внекорневых инфекций, которые также могут вызывать болезни луковиц, указаны в разделах, посвященных этим двум классам патогенов.
Шейковая гниль (Botrytis aclada и B. byssoidea)
Шейковая гниль, также серая шейковая гниль (Neck rot), как следует из названия, вызывает мягкую гниль в шейке и верхней части зараженных луковиц. Поражает лук репчатый, шалот, чеснок, лук-порей. Развивается в диапазоне температур от 5 до 25 °C, оптимально при (21) 22-23 °C (по другим данным, 15-20 °C и повышенной влажности, Аутко) .
Черная масса склероциальных покоящихся тел часто развивается под сухой наружной кожей на гниющей ткани. На поверхности разлагающихся мясистых чешуек может также развиваться серая спорулирующая плесень. Симптомы обычно проявляются через 1-3 месяца после того, как внешне здоровые, но зараженные луковицы были помещены на хранение. Два патогена, Botrytis aclada (часто называемый B. allii) и B. byssoidea, связаны исключительно с шейковой гнилью, первый — со склероциальной, а второй — с мицелиальной шейковой гнилью.
Часто поражает физиологически ослабленные ткани луковиц. Первые признаки гнили — размягчение ткани и образование замятии в области шейки. При разрезе пораженная ткань имеет грязновато- желтоватый вид и кажется как бы запаренной. Со временем шейка луковицы становится водянистой и размягчается. Конидии гриба овальные или яйцевидные, реже круглые, одноклеточные.
Были выделены две подгруппы B. aclada (также иногда называется B. allii): одна (тип AI) с 16 хромосомами и другая (тип AII) с 32, причем последняя группа также имеет более крупные конидии. Секвенирование ДНК показало, что тип AII возник как гибрид между AI и B. byssoidea (Yohalem et al., 2003), и эти авторы предложили использовать для гибрида название B. allii. Иногда листовой патоген B. squamosa вызывает шейковую гниль на луковицах с белой кожицей. Был разработан чувствительный метод диагностики для различения трех патогенов, вызывающих исключительно шейковую гниль, а также B. squamosa и B. cinerea. Этот метод основан на характерных фрагментах ДНК, полученных с помощью рестрикционных ферментов из ПЦР-амплифицированного участка ДНК, полученного с использованием последовательностей праймеров, селективных для участков ДНК, различающихся между этими различными видами Botrytis (Nielsen et al., 2002). Этот метод должен облегчить исследования эпидемиологии патогенов и степени загрязнения семян и заражения ими.
Патогены производят споры на мертвой ткани листа, и они могут проникать в стареющую ткань, которая возникает на кончике стареющих листьев лука. Затем гриб распространяется по листу в здоровую ткань. В живых зеленых листьях он находится в латентном состоянии, не вызывая заболевания. Последовательно поражая один за другим листья, когда они начинают увядать, патоген в конечном итоге попадает в те листья, которые разбухают у основания и образуют внешние мясистые чешуи луковицы. Затем он остается в луковице без симптомов в течение многих недель после сбора урожая. Инфекция также может попасть в шейку луковицы во время сбора урожая, если поврежденная фалангой ткань шейки подвергается воздействию спор, но такая инфекция сводится к минимуму путем быстрой сушки шейки после сбора урожая (см. главу 6). Нет никаких доказательств распространения инфекции от луковицы к луковице в хранилище, а испытания показали зависимость один к одному между количеством луковиц, загнивающих в хранилище, и количеством зараженных растений, присутствующих при уборке урожая. По-видимому, постепенное увеличение числа луковиц, загнивающих в хранилище, является просто результатом различий во времени начала гниения отдельных предварительно зараженных луковиц.
Патогены также проникают в соцветия лука и вызывают поражение цветков и зонтиков, в результате чего семена могут быть поверхностно заражены или глубоко инфицированы. При исследовании производства семян в полузасушливых внутренних районах штата Вашингтон, США, где производится около 20% семян лука в мире, большинство семян лука были заражены B. aclada, и большинство из них несли низкий процент семян с глубоко укоренившейся инфекцией, которую нельзя было уничтожить поверхностной стерилизацией (du Toit et al., 2004). Инфицирование венчика и цветка происходило после того, как раскрывался и начинал увядать венчик и раскрывались соцветия. Доля инфицированных материнских растений увеличивалась в течение вегетационного периода, и почти все они были бессимптомно заражены B. aclada во время цветения, но не было никакой видимой связи между заражением растений и заражением собранных семян. Считалось, что инфекция попадает в семенные посевы из обильного воздушно-капельного инокулята, производимого близлежащими луковичными культурами, растениями-добровольцами, отбракованными кучами и мусором.
Открытие того, что болезнь переносится семенами, оказалось решающим для борьбы с ней в Великобритании в 1970-х годах. При нанесении на семена системного бензимидазольного фунгицида беномила (1 г д.в./кг семян) предотвращается заражение котиледона от инокулята на семенной оболочке. Семена были основным источником инфекции, которая приводила к ежегодным потерям 15-50% урожая хранящихся луковиц. С помощью этой целенаправленной обработки ежегодные потери от шейковой гнили были сведены к ничтожному проценту. При затратах в несколько тысяч фунтов на обработку семян, от гниения были спасены миллионы фунтов лука. Испытания показали, что процент зараженных луковиц при уборке был прямо пропорционален проценту зараженных высеянных семян. Однако данный процент зараженных семян приводит к большему проценту зараженных луковиц во влажный вегетационный период, чем в сухой (Maude, 2006). Высокая влажность в период роста листьев способствует распространению споры с листа на лист и, следовательно, с растения на растение.
Распыление спор конкурентного гриба-антагониста Ulocladium atrum предотвращало споруляцию B. aclada на мертвых листьях лука и оставалось эффективным даже при периодическом высушивании листьев. Таким образом, этот антагонист подает надежды как агент биоконтроля для замедления распространения вторичной инфекции с листа на лист. Однако U. atrum не предотвращал бессимптомное распространение патогена из некротических верхушек листьев в соседние здоровые ткани листа (Yohalem et al., 2004).
Важность семян как основного источника инокулята остается спорной и, вероятно, зависит от распространенности других источников инокулята в данной местности (du Toit et al., 2004). Споры могут также исходить из зараженных остатков в почве или на свалках луковых отходов: склероции могут выживать в такой среде более 2 лет. Инфицированные культуры, которые пересекаются по времени с недавно посеянными культурами, являются еще одним потенциальным «инфекционным мостом» для патогена. Такое совпадение часто происходит, когда в одной местности выращивают вместе лук весеннего и осеннего посева. Инфицированные наборы лука, которые выживают после хранения, могут быть источником заболевания.
Возбудители шейковой гнили быстро погибают при температуре 30 °C и выше. Поэтому, если лук был собран в поле, его следует быстро убрать в хранилище и запечатать шейку, обдувая луковицы теплым воздухом, чтобы уничтожить любую инокуляцию, проникшую в шейку. Патогены не могут поражать сухие, стареющие ткани листьев, поэтому в сухом климате лук, высушенный в поле с неповрежденной листвой, не подвергается риску. Обработка фунгицидными опрыскивателями листьев или фунгицидная обработка собранных луковиц не эффективны в борьбе с болезнью.
Гниль шейки более серьезна, когда заражение может произойти в начале вегетационного периода (часто из-за влажных полевых условий), после чего искусственное вяление может оказаться неэффективным (de Visser et al., 1994). Есть некоторые доказательства того, что конидии B. allii, полученные при низких температурах, вызывают более быстрые и разрушительные гнили, чем конидии, полученные при более высоких температурах (Bertolini and Tian, 1997).
Нанесение пленочного покрытия из Enterobacter agglomerans на естественно зараженные семена лука привело к уровню контроля, аналогичному уровню контроля на обработанных беномилом семенах (Peach et al., 1994). Другие способы сдерживания развития патогенов включают послеуборочную обработку путем сушки нагретым воздухом при температуре 30-32 °C на ранней стадии хранения, после чего температура снижается примерно до 27 °C для второй стадии сушки и затем до низкого уровня для длительного хранения в Великобритании и Голландии (Hayden and Maude, 1997).
Фото Google.Images
Черная плесень (Aspergillus niger)
В тропических регионах, где лук часто хранится при температуре выше 25-30 °C, грибок Aspergillus niger (Tiegh.) обычно поражает хранящиеся луковицы (Black mould). Этот грибок проникает через шейку, часто через поврежденные ткани, когда верхушки срезаются в период созревания. Мясистые чешуйки могут быть заражены, если повреждена сухая наружная кожица луковицы.
Заболевание проявляется в высыхании верхних чешуек луковиц, а севок и чеснок нередко высыхают полностью. Пораженные луковицы иногда принимают за поражение головнёй. Однако при черной плесени масса конидий находиться между чешуйками, а не внутри их тканей, как это наблюдается при поражении луковиц головней. На зараженных чешуйках развивается белый грибной мицелий, на котором образуются сажистые, черные споровые тела (конидиеносцы). Невызревший и плохо просушенный лук поражается черной плесенью сильнее, чем сухой. Менее устойчивы к болезни сорта с окрашенными чешуйками.
Развивается в диапазоне температур от 10 до 40 °C, оптимальная температура для инвазии и роста составляет 28-34 (32,5) °C. Развитию плесени на луковицах лука способствует влажность воздуха в хранилище 80% и более (Hayden et al., 1994). За исключением раненых луковиц, черные спорулирующие участки могут быть ограничены внешними мясистыми чешуйками, расположенными непосредственно под сухой кожицей. Грибок может встречаться вместе с бактериями, которые вызывают мягкую гниль луковиц.
На луковицах чеснока эта болезнь известна под названием «сажистость». На пораженных зубках образуется пылевидный черный налет. При сильном поражении зубки сморщиваются. Основным источником инфекции являются конидии, которые образуются в огромном количестве и легко разносятся ветром. Гниль передается от луковицы к луковице. Продолжительность инкубационного периода во влажных условиях составляет около 4 дней.
В теплых регионах, где выращивают лук, A. niger может быть обнаружен на семенах лука, на луковых листьях и на многих видах органического мусора в почве. Болезнь может передаваться через семена, и чем жарче климат, где производятся семена, тем выше процент зараженных семян (Maude, 2006). В ходе испытаний в Судане опыление семян фунгицидом беномил было эффективным для снижения заражения луковиц на почвах, где лук ранее не выращивался, но в местах, регулярно используемых для производства лука, другие источники инфекции сделали обработку семян менее эффективной (Hayden et al., 1994). Фунгицидные окунания и посыпание луковиц карбонатом кальция уменьшают количество черной плесени, как и обработка перекисью водорода (Afek and Orenstein, 2003). Рост грибка замедляется при температуре ниже 15 °C и при низкой влажности.
Также сообщалось, что Aspergillus fumigatus и A. alliaceus вызывают заболевание луковиц лука, подвергшихся воздействию высокой температуры в хранилище.
Регулирование условий хранения эффективно контролирует черную плесень в Великобритании. Однако, например, в Судане, где подходящие условия для роста патогена возникают в поле и в неконтролируемых условиях хранения, трудно ограничить инокулят, попадающий в хранилище. Грибок проявляется на луковицах в течение нескольких дней после хранения. Симптомами являются обильные черные конидии, образующиеся на и иногда под внешней кожицей луковиц лука в хранилище (Hayden and Maude, 1997). Источником инокулята являются зараженные семена и почва. Обработка семян эффективна частично. Уменьшение механических повреждений и ранений и использование кратковременной высокотемпературной сушки с последующим хранением при влажности < 80% являются наиболее эффективными методами лечения.
Предуборочная обработка луковиц диоксидом серы в концентрации 1% (об.) в течение 72 ч или тепловая обработка при 50 °C в течение 3 ч может снизить потери от A. niger в хранилище (Thamizharasi and Narasimham, 1992); обработка серной пылью является эффективным методом контроля при длительном хранении (Chavan et al., 1992; Padule et al., 1996).
Синяя плесень (Penicillium spp.)
Также называется зеленая плесень чеснока.
Различные виды Penicillium могут вызывать желтоватые пятна и водянистые мягкие пятна на луковицах лука репчатого и чеснока (Blue mould), после чего на зараженных поверхностях образуется сине-зеленая плесень из конидиеносцев, продуцирующих споры. Голубая плесень является серьезным заболеванием чеснока при хранении. Зараженные зубчики размягчаются (становятся вялыми), сморщиваются, на сочной ткани появляются вдавленные светло-желтые пятна, в конечном итоге могут превратиться в массу сине-зеленых спор. Болезнь распространяется на внутренние зубки, которые впоследствии размягчаются, сморщиваются, темнеют и крошатся, появляется запах плесени. На пятнах и под сухими чешуями образуется сначала беловатый, затем зеленый или голубовато-зеленый налет (зеленая плесень). Луковица чеснока на ощупь становиться пустой, пораженная ткань превращается в трухлявую массу.
Эти грибки обычно растут на органических отходах в почве и на отмирающих тканях растений. Инвазия в луковицы обычно происходит через ткани, поврежденные в результате ушибов, ран, солнечного ожога или замораживания.
Болезнь развивается в диапазоне температур от 15 до 32 °C (по другим данным от -5 до 36 °С, Аутко), оптимально при 21-25 °C. Сильное проявление болезни наблюдается через 2-3 месяца после начала хранения. Поражению способствуют различного рода повреждения, подмораживание и повышенная влажность воздуха в хранилище.
Виды Penicillium, которые могут вызывать гниль луковиц, в настоящее время классифицированы как группа из семи видов в серии Penicillium Corymbifera, один из которых, P. allii, является доминирующим патогеном чеснока и лука (Overy et al., 2005a). В отличие от большинства представителей сер. Corymbifera, P. allii не вырабатывает ферменты, разрушающие клеточные стенки растений, при температуре ниже 15 °C (Overy et al., 2005b), поэтому болезнь можно предотвратить путем низкотемпературного хранения.
Борьба с болезнями включает осторожное обращение с луковицами, чтобы избежать их повреждения, и хранение при температуре 5 °C или ниже при как можно более низкой влажности, чтобы избежать увядания. Однако пять других видов из семи, входящих в ser. Corymbifera могут вызывать гниль основания желтого лука, и они способны вырабатывать ферменты, разрушающие клеточные стенки, при температуре 5°C; поэтому они потенциально могут вызывать болезни при хранении в прохладных условиях (Overy et al., 2005a, b).
рибы, вызывающие болезнь, сохраняются в почве на растительных остатках, а также в складских помещениях.
Penicillium allii (ранее называвшийся P. hirsutum (Overy et al., 2005b)) также может ослабить или убить недавно посаженный чеснок в поле. Когда зараженные луковицы разделяют на зубчики для посадки, они могут быть заражены через раны, образовавшиеся в процессе. Чтобы минимизировать инфекцию, зубчики следует высаживать как можно скорее после отделения. Различия в восприимчивости были обнаружены между аргентинскими сортами чеснока (Cavagnaro et al., 2005).
Фото Google.Images
Пятнистость (Colletotrichum circinans)
Луковая пятнистость (Smudge), вызываемая Colletotrichum circinans, — это переносимое почвой заболевание, которое приводит к появлению зелено-черных точек на кожице белого лука и желтых, водянистых кратеров в основной мясистой ткани. Поражает преимущественно лук репчатый, шалот и лук-порей.
Развивается при температуре от 10 до 32 °C, оптимально 13-25 °C.
Сорта с цветной кожицей поражаются редко, поскольку их кожица содержит протокатехуиновую кислоту, которая делает их устойчивыми к пятнистости. Черные покоящиеся тела, называемые строматами, остаются жизнеспособными в почве в течение многих лет. Они могут прорастать и давать семядоли, которые производят конидии. Конидии прорастают и образуют аппрессорий, через который патоген может проникнуть в кутикулу растения. Ацервулы — это круглые пятна, производящие споры, окруженные характерными щетинками, которые можно увидеть с помощью ручной линзы. Инфекция распространяется в результате попадания дождевых брызг на зараженную почву. Влажные условия и температура 25 °C позволяют патогену перейти от инфекции к споруляции в течение нескольких дней. Быстрая сушка после уборки луковиц помогает в борьбе с болезнью, но следует избегать белокожих сортов, где болезнь распространена.
Споры разлетаются от зараженных остатков в почве.
Фото Google.Images
Микоризные грибы
Корни аллиумов часто колонизируются грибами семейства Endogonaceae. Гифы этих грибов проникают между клетками коры корня и уходят в почву. Внутри корня гифы образуют разветвленные придатки, которые проникают через стенки клеток хозяина, но остаются вне цитоплазматической мембраны клеток корня. Вокруг этих отростков скапливаются глобулы плотной цитоплазмы, образуя характерные древовидные микроскопические структуры, называемые «арбускулами» (см. рис. b). Поэтому эти грибы называют арбускулярной микоризой (AM). Считается, что именно в арбускулах происходит обмен питательными веществами между грибом и растением. Между клетками корня гриб также образует плотные, богатые маслом глобулы или везикулы (см. рис. c).
АМ грибы заражают корни большинства видов растений, без выраженной специфичности, и встречаются естественным образом в почве по всему миру. Обзор Stribley (1990) о значении АМ для аллиевых культур является основой для большей части этого краткого отчета. Совсем недавно де Мело (2003) провел обзор исследований по АМ и аллиевым культурам, уделяя особое внимание их потенциальной роли в органическом производстве. Эти два обзора содержат обширную библиографию оригинальных исследований по данной теме.
Аллиумы использовались во многих исследованиях по АМ из-за их простых корней и восприимчивости к инфекции. Ассоциация может быть взаимовыгодной как для гриба, так и для растения — другими словами, симбиотической. Наиболее важной выгодой для растения является увеличение поглощения фосфатов (P), в то время как гриб получает от хозяина углеродные метаболиты. У аллиумов толстые, малоразветвленные корни, а значит, низкое отношение длины корня к массе побега, и у них также отсутствуют корневые волоски. Обе эти особенности делают их плохо приспособленными для поглощения питательных веществ, присутствующих в почве в низкой концентрации. Фосфат существует в низкой концентрации в почвенном растворе и сильно адсорбируется на твердой фазе почвы. Как следствие, перенос P из почвы в растение часто ограничивается скоростью диффузии к поверхности корня, особенно в почвах с низкой концентрацией доступного P. Поглощение P на единицу длины микоризного корня лука может быть увеличено в четыре раза по сравнению с неинфицированными корнями, поскольку внешние гифы расширяют поглощающую поверхность. На почвах с низким содержанием P это может вызвать значительное увеличение скорости роста растений: в одном из опытов было подсчитано, что заражение микоризой было эквивалентно 250 кг/га фосфорных удобрений.
Было измерено увеличение фотосинтетически фиксированного углерода, экспортируемого в корни, примерно на 7% у микоризных растений порея, по сравнению с немикоризными, и это дает представление о «стоимости» ассоциации для растения-хозяина с точки зрения ассимилятов углерода (Snellgrove et al., 1982). На почвах с низким содержанием P выгоды для растения в виде дополнительного роста, способствующего большему поглощению P, перевешивают эту «стоимость» ассоциации AM, но на почвах с высоким содержанием P она может замедлить скорость роста и снизить максимальную урожайность (Morgan et al., 2005). Однако колонизация корней грибами АМ происходит медленно на растениях с высоким уровнем P, и это может снизить «стоимость» для растения в таких условиях. Инфекция AM может также увеличить скорость поглощения микроэлементов, присутствующих в почве в лимитирующих количествах. Это было продемонстрировано для меди. У растений лука-порея с микоризными корнями также была измерена повышенная способность к транспирации.
Симбиоз растений и АМ-грибов возник на самых ранних этапах эволюции наземных растений и даже раньше, чем эволюция настоящих корней (Raven et al., 2005). В последние годы все большее признание получают масштабы распространения по почве внешних гиф AM и других видов микориз и их значение в биогеохимическом круговороте минеральных питательных веществ (Read and Perez-Moreno, 2003; Leake et al., 2004). Скудная корневая система аллиевых культур почти наверняка унаследована от диких предков, которые находились в симбиозе с AM, что увеличило питательную способность их корней. Некоторые впечатляющие увеличения роста как непосредственно посеянных, так и пересаженных культур аллиума были зарегистрированы после инокуляции корней AM на почвах с низким содержанием P.
Однако актуальность всего этого для современного производства овощей аллиум подвергается сомнению (Stribley, 1990; Ryan and Graham, 2002). Эти высокоценные культуры обычно выращиваются на почвах, богатых P, а поскольку затраты на удобрения в целом составляют лишь около 5% переменных производственных затрат (Nix, 2006), у фермеров мало стимулов рисковать потерей урожая из-за неспособности поддерживать уровень P в почве на уровне, достаточном для максимального урожая. Тем не менее, несколько отчетов показывают, что АМ дают значительные преимущества в некоторых ситуациях производства аллиума. В Израиле уничтожение родного почвенного АМ путем соляризации или фумигации бромистым метилом (см. «Корневые болезни») снизило урожайность сив на коммерческих фермах, но урожайность можно восстановить и даже повысить, пересадив рассаду, инокулированную АМ (Wininger et al., 2003). На почвах с умеренным или высоким уровнем P в Дании порей, посеянный на почвах, где ранее выращивались культуры или зеленые удобрения, которые были хозяевами AM, имел более высокое начальное поглощение P, более быстрый рост проростков и более быструю колонизацию корней AM, чем порей, посеянный после ротационной предварительной обработки, которая снизила популяцию AM в почве — например, после брассики, которая не является микоризообразующей (Sorensen и др., 2005). На богатых питательными веществами торфяных почвах в Великобритании, выращенные в модулях, АМ-инокулированные сеянцы лука дали меньше толстошеих растений, чем неинокулированные сеянцы (Snellgrove and Stribley, 1986). Аналогичный эффект наблюдался на богатой P почве при прямом посеве лука с использованием жидкого фосфата аммония в качестве стартового удобрения, и это было объяснено увеличением скорости роста рассады, действующей по цепочке причинно-следственных связей.
Значение АМ для производства аллиевых культур может возрасти в будущем. Во-первых, потому что в некоторых странах растет спрос на «органические» овощи, а в этой системе производства растворимые удобрения P запрещены; следовательно, почва при органическом земледелии имеет тенденцию к более низким уровням доступного P (de Melo, 2003). Во-вторых, в традиционном сельском хозяйстве все больше внимания уделяется разработке систем производства с меньшими затратами и более «устойчивых» (Sorensen et al., 2005), чтобы, помимо прочего, минимизировать загрязнение воды из почв, богатых P. В-третьих, источники легкодоступного удобрения P ограничены и в будущем могут стать более дорогими и дефицитными (Vance et al., 2003).
По этим причинам ведутся исследования методов использования AM для получения удовлетворительных урожаев овощей семейства аллиевых на почвах с более низким содержанием легкодоступного Р по сравнению с существующей нормой. В дополнение к потенциальному улучшению поглощения P, колонизация корней грибами AM может подавлять болезни корней (Whipps, 2004), возможно, даже белую гниль аллиума (Torres-Barragan et al., 1996), и может повысить устойчивость к засолению почвы и водному стрессу, а также улучшить поглощение микроэлементов (Stribley, 1990; de Melo, 2003). Гифальные сети грибов AM помогают стабилизировать структуру почвы, особенно в системах управления почвой, где они не нарушаются, т.е. в системах с низкой или нулевой обработкой почвы (Ryan and Graham, 2002).
Эти дополнительные потенциальные преимущества дают дополнительный стимул для исследований по разработке систем использования АМ-ассоциаций аллиевыми культурами. Среди интересных разработок — совместная инокуляция рассады лука грибами АМ и фосфат-солюбилизирующими бактериями. Обработанные таким образом саженцы были способны извлекать большую часть поглощаемого ими P из необменной фракции почвенного P или из малорастворимого фосфата, формы P-удобрения, разрешенного для органических фермеров (Toro et al., 1997). Были разработаны севообороты и промежуточные культуры, которые поддерживают высокие популяции местных AM в почве и потенциально полезны для порея (Sorensen et al., 2005). Есть несколько сообщений об увеличении скорости роста и урожайности японского пучкового лука, A. fistulosum, после инокуляции AM (de Melo, 2003).
Влияние среды выращивания — включая различные типы торфа и каменной ваты, виды инокулята AM и концентрацию P в жидком питании на рост и процент колонизации корней AM — было изучено для рассады A. fistulosum, выращенной в модульных камерах (Matsubara et al., 2002). Наилучшие результаты были получены при посеве семян в 13 мл ячейки с 0,5 г инокулята Gigaspora margarita в ростовую среду из бурого торфа и вермикулита (9:1, об.), фертигированную первоначально 1 мл на ячейку полного питательного раствора, содержащего всего 5 ppm KH2PO4. В результате выращивания трех или четырех саженцев в каждой ячейке через 4 недели при 20 °C после 1 недели при 25 °C в темноте для прорастания образовался прочный корневой ком, идеальный для пересадки.
Вирусные заболевания
Симптомы желтой крапчатости (мозаики) или полосатости на листьях, искривление побегов и снижение урожайности, вызванные вирусными инфекциями, могут наблюдаться у овощей семейства аллиум. Вирусы представляют собой субклеточные частицы, состоящие из белковой оболочки, окружающей центральную нить РНК, которая несет генетическую информацию (Agrios, 2005). Большинство вирусов, заражающих овощи аллиум, имеют палочковидную форму и изгибаются (bendy), самые длинные из них имеют длину около 800 нм и ширину 12 нм. После заражения репликативные процессы в клетках хозяина перенаправляются на размножение вируса. Иногда это нарушение приводит к появлению явных симптомов у растения-хозяина, но «латентные» вирусы размножаются внутри хозяина без симптомов.
Вирусы передаются от растения к растению тлями, клещами или трипсами, в зависимости от вида, поэтому эпидемиология вирусных заболеваний связана с биологией этих членистоногих вредителей (см. «Членистоногие вредители», выше). Таким образом, передача вирусов зависит от встречаемости, численности, инфекционности и характера миграции этих переносчиков. Основные вирусы, вызывающие болезни на посевах аллиума, имеют узкий ареал обитания, в основном ограниченный аллиумом. К счастью, они не передаются в семенах. Эти два факта делают севооборот плюс гигиена посевов эффективной стратегией борьбы с болезнями лука и порея. Вирусы аллиума передаются путем вегетативного размножения, и традиционные сорта чеснока и лука-шалота обычно хронически заражены смесью вирусов.
Информация о вирусных заболеваниях овощных культур аллиума была рассмотрена в работе Walkey (1990), а в последнее время и чеснока — в работе Salomon (2002). Много информации о различных изолятах этих вирусов можно найти на сайте Международного комитета по таксономии вирусов (ICTVdB Management, 2006).
В рамках этих видов вирусов существуют различные штаммы, которые могут отличаться по вирулентности и ареалу заражения. Например, чесночный штамм OYDV не может заражать лук, и наоборот (van Dijk, 1994). Последовательности РНК значительно различаются между разными штаммами одного и того же вируса, причем в пределах одного вида различия в последовательностях могут достигать около 20%. Растущий объем информации о последовательностях позволяет проследить закономерности генетической дивергенции и родства как между штаммами внутри вида, так и между видами (Tsuneyoshi et al., 1997). Ученые, занимающиеся сохранением мирового наследия вегетативно размножаемых аллиумов в генных банках, знают об опасности занесения новых штаммов вирусов в местность через такие коллекции и принимают меры, чтобы избежать этого (Maggioni et al., 2002).
Большинство вирусов бессимптомны и не вызывают явных заболеваний. Однако три вируса — вирус желтой карликовости лука (OYDV), вирус желтой полосы лука-порея (LYSV) и вирус желтого пятна ириса (IYSV) — вызывают серьезные заболевания. Инфекция OYDV вызывает сплющивание и сморщивание листьев лука, желтые полосы или полное пожелтение листьев. Зараженные листья сгибаются и ложатся на землю. Луковицы с зараженных растений мельче и имеют более короткий период покоя, чем здоровые луковицы, а потери урожая достигают 60%. Инфекция также снижает урожайность семенных культур. OYDV был зарегистрирован в большинстве районов, производящих лук. OYDV также вызывает тяжелые симптомы болезни у шалота и чеснока.
Инфекция LYSV приводит к тому, что листья лука-порея становятся желто-полосатыми и вялыми, так что листья поникают и стелются по земле. Потери урожая могут достигать 54%, а у зараженных растений снижается морозостойкость и сокращается срок хранения после сбора урожая. Латентный вирус шалота (SLV) содержится практически во всех сортах шалота и может заражать другие культуры аллиума. Влияние SLV на урожайность шалота, если таковое имеется, неизвестно, но если SLV присутствует вместе с LYSV в луке-порее, тяжесть заболевания увеличивается.
OYDV, LYSV и SLV передаются ротовыми щупиками тли во время коротких пробных перелетов с растения на растение. Инсектициды не обладают достаточно быстрым действием, чтобы предотвратить распространение болезни таким способом с зараженных растений. Поэтому профилактика заболевания зависит от устранения источников инфекции. К счастью, эти вирусы не передаются в семенах, поэтому культуры, выращенные из семян, изначально свободны от вирусов. Кроме того, спектр хозяев этих вирусов ограничен аллиумами. Следовательно, если выращивать культуры из семян и изолировать их от зараженных аллиумов, которые служат источником вирусов, этих заболеваний можно избежать. LYSV достиг эпидемического уровня в Нидерландах и Бельгии в 1970-х годах, когда круглогодичное выращивание лука-порея стало обычным делом.
Источником инфекции для весенних посевов были перезимовавшие больные растения. Внесение временного разрыва в годовой производственный цикл, чтобы вновь высаженные культуры не находились одновременно с более старыми инфицированными культурами, нарушило цикл передачи вируса, и болезнь была взята под контроль. Эта же стратегия позволила успешно бороться с OYDV в нескольких областях. Важно удалять все больные растения-«добровольцы», оставшиеся от предыдущих посевов, а в начале сезона следует «проредить» посевы, чтобы удалить все вирусные растения, которые могут стать источником болезни. Кроме того, выращивание рассады лука-порея и репчатого лука, а также посевы должны быть изолированы от источников вирусов в луке-шалоте, чесноке и зимующих зараженных аллиумов в домашних садах. Рассаду лука необходимо выращивать в изоляции от зараженных растений и следить за свободой от вируса во время производства.
Отсутствие альтернативных хозяев, демонстрирующих различную восприимчивость и передачу различных компонентов вирусов в смеси, обнаруженной в чесноке, затрудняет идентификацию видов в смеси традиционными методами вирусологии растений. Большинство вирусов представляют собой гибкие стержни и выглядят одинаково под электронным микроскопом; некоторые из них передаются тлями, поэтому по этим признакам невозможно было определить смесь. В 1970-х годах вирусологи из Нидерландов выделили OYDV, LYSV и SLV как отдельные вирусы и приготовили антисыворотки, которые специфически реагировали с белками оболочки очищенных вирусов. Эти антисыворотки позволили использовать ИФА и иммуносорбентную электронную микроскопию (ISEM) для идентификации и различения этих вирусов (Walkey, 1990).
Совсем недавно для определения последовательности оснований в РНК (т.е. генетического кода) большинства этих вирусов были применены молекулярные методы (Salomon, 2002; ICTVdB Management, 2006). Число оснований в нити РНК варьирует от 8363 у чесночного вируса X до примерно 17 500 у тосповирусов. Генетические коды послужили основой для разработки методики идентификации вирусов аллиума с помощью обратной транскриптазы — полимеразной цепной реакции (RT-PCR) (Salomon, 2002). Этот метод включает выделение РНК из зараженных растений и создание ДНК, комплементарной РНК, с помощью фермента обратной транскриптазы. На основе их генетических кодов были разработаны короткие «праймерные» последовательности ДНК, специфичные и диагностичные для комплементарной ДНК каждого вируса (Salomon, 2002). Если вирус присутствует, его праймеры инициируют многократную амплификацию его комплементарной ДНК в реакции ПЦР, и диагностические полосы амплифицированной ДНК могут быть разделены и идентифицированы с помощью электрофореза (см. рис. 5.10). Таким образом можно определить наличие или отсутствие конкретных вирусов в сложной смеси (Tsuneyoshi and Sumi, 1996; Takaichi et al., 1998). RT-PCR может быть в 10 000 раз чувствительнее, чем ELISA для обнаружения вируса чеснока (Salomon, 2002; Lunello et al., 2005).
Благодаря этим иммунологическим и молекулярным методам стало возможным различать различные вирусы и быстро продвинуться в определении компонентов вирусов, вызывающих то, что в течение многих лет называлось просто «чесночной мозаикой».
Во Франции длинный ряд исследований был направлен на преодоление проблемы чесночной мозаики (Messiaen et al., 1993). Систематические наблюдения за традиционными сортами выявили некоторые растения, которые не имели или имели очень слабые симптомы вирусного заболевания в полевых испытаниях в нескольких регионах. Селекция таких растений привела к созданию именных сортов, свободных от вирусов — например, cv. ‘Thermidrome’ и некоторых «устойчивых к вирусам» сортов (например, ‘Fructidor’ и устойчивые штаммы ‘Violet de Cadours’).
В 1970-х годах были разработаны методы уничтожения вирусов с помощью «культуры верхушек меристем». Безвирусные растения могут быть получены путем культивирования эксплантов апикальной меристемы побега диаметром 0,5-0,8 мм в пробирках со стерильным питательным агаром. В конце концов, образуются укорененные проростки, которые можно перенести в почву (Walkey, 1990). Удаление вирусов из «толерантных» штаммов ‘Violet de Cadours’ увеличило урожайность примерно на одну треть, и таким образом был выведен безвирусный сорт ‘Germidor’. Культура верхушки меристемы была использована для получения безвирусных клонов многих сортов чеснока, что привело к получению более крупных луковиц с большим количеством зубчиков и увеличению веса луковицы на 25-40%. Культура верхушек меристем также использовалась для выведения безвирусных сортов шалота ‘Джермор’ и ‘Микор’, которые имеют потенциал урожайности 40 т/га, по сравнению с максимум 25 т/га у предыдущих лучших штаммов, устойчивых к вирусу (Messiaen et al., 1993).
Система размножения, проверки, сертификации и распространения безвирусного чеснока и лука-шалота, первая в мире, была создана во Франции в 1960-х годах (Messiaen et al., 1993). Это предполагает содержание элитных, свободных от болезней клонов названных сортов в сетчатых домиках для защиты от переносчиков вируса тли и размножение первых двух поколений луковиц для посадочного материала в этих условиях. Размножение еще четырех поколений для чеснока — или трех для шалота — осуществляется отобранными производителями в регионах, не благоприятствующих распространению вирусов. Поля для размножения должны быть изолированы не менее чем на 300 м от других сортов аллиума. Во время роста растения регулярно осматриваются на наличие признаков вирусного заболевания, а также берутся пробы, чтобы убедиться в отсутствии стеблевой и луковичной нематоды и белой гнили. Все больные растения, обнаруженные при осмотре, а также соседние растения удаляются и уничтожаются. Для сертификации в качестве «безвирусного» посадочного материала необходимо, чтобы в последнем поколении размножения было менее 1% больных растений (Messiaen et al., 1993).
Повторное заражение безвирусного чеснока OYDV, LYSV или их смесью показало, что OYDV вызывает более серьезные симптомы и потери урожая, чем LYSV (Lot et al., 1998). Потеря урожая, которая была связана с более ранним созреванием зараженных растений, варьировалась в зависимости от сорта, составляя 40-60% для OYDV, 17-54% для LYSV и 60-90% для смеси. Аналогичные эксперименты по повторному заражению GarV-A и GarV-C показали меньшие, но все же значительные потери урожая, которые составили около 14-32% для GarV-A и 6-11% для GarV-C, опять же в зависимости от сорта (Cafrune et al., 2006).
Учитывая такое немедленное и значительное снижение урожайности при искусственном перезаражении, возникает вопрос, оправданы ли затраты и усилия на производство безвирусного посадочного материала в некоторых странах. Полевые испытания в Аргентине и Бразилии показали, что урожайность безвирусной посадочной гвоздики, которая в первый год была более чем в два раза выше, чем у хронически инфицированных местных штаммов, снижалась в геометрической прогрессии с последующими годами пересадки. Несмотря на это, через 7 лет урожайность от изначально безвирусных сортов оставалась значительно выше, чем от местных, хронически инфицированных посадочных сортов, что указывает на сохраняющуюся в течение многих сезонов выгоду от посадки безвирусного материала.
Как было отмечено в вышеупомянутых французских испытаниях, здоровые растения чеснока и шалота, не зараженные или не имеющие симптомов, часто встречаются среди симптоматических растений (van Dijk, 1994). Также имеются сообщения о том, что устойчивые к вирусам сорта чеснока не повышают урожайность после уничтожения вируса путем культивирования верхушек меристем (Walkey and Antill, 1987). Эти эффекты могут быть вызваны заражением мягкими штаммами вирусов, которые «перекрестно защищают» своих хозяев и предотвращают заражение вирулентными вирусами (Walkey and Antill, 1987; van Dijk, 1994). Использование такого устойчивого к вирусам посадочного материала может повысить урожайность в регионах, где отсутствуют финансы и инфраструктура для производства безвирусного посадочного материала (van Dijk, 1994). Другой способ избежать проблем накопления вирусов в вегетативном посадочном материале — выращивание из настоящих семян. Уже имеются сорта шалота, выращенные из семян (Rabinowitch and Kamenetsky, 2002), и ведется работа по созданию сортов чеснока, выращенных из настоящих семян.
Как и почти все проблемы защиты сельскохозяйственных культур, ситуация с вирусами аллиума постоянно развивается. В 1998 году из Нидерландов поступили сведения о новом признанном тосповирусе, который вызывает желтые некротические пятна на листьях растений ириса (Cortes et al., 1998). В 1999 году было сообщено, что болезнь, вызывающая сильное пожелтение и некроз листьев и побегов лука в Бразилии с 1994 года, часто приводящая к гибели цветков и 100% потерям луковиц и семян, была вызвана тем же вирусом (Pozzer et al., 1999). Об этой же болезни сообщалось из Израиля, и было установлено, что переносчиком вируса является луковый трипс, Thrips tabaci (Kritzman et al., 2001).
Распространение этой болезни в луководческих штатах западной части США было зафиксировано в ряде отчетов (например, Gent et al., 2004b). В США наиболее серьезные потери понесли семенные посевы, где некротические поражения вызвали разрушение стеблей семян. Однако опасения вызывают потери урожая луковичных культур — особенно ценных луковиц крупного размера (Gent et al., 2004b). Спектр хозяев вируса узок (Cortes et al., 1998). Исследования по борьбе с болезнью были направлены на предотвращение переноса болезни на зараженные растения-добровольцы и на борьбу с переносчиками вируса — трипсами. Болезнь может быть особенно разрушительной в жарких регионах выращивания лука, таких как долина Сан-Франциско на северо-востоке Бразилии, вероятно, потому, что трипсы очень быстро размножаются в теплых условиях. Наблюдения показывают, что существуют различия между сортами лука в восприимчивости к этому заболеванию, что может быть связано с их привлекательностью для трипсов.
Вирусоподобное заболевание лука и порея вызывается фитоплазмой астра желтая (Schwartz and Mohan, 2008; Bertaccini et al., 1999). Она может поражать многие виды овощей. На луке она вызывает плоские, желто-пятнистые листья и деформированные, стерильные цветки. Болезнь переносится листовым попрыгунчиком и может контролироваться путем инсектицидной обработки против этих переносчиков, изоляции лука от других инфицированных культур и удаления сорняков-хозяев фитоплазмы.
Вирус желтой карликовости лука (OYDV)
Вирус желтой карликовости лука (Onion yellow dwarf virus, OYDV) — потивирус.
Поражает лук репчатый, чеснок, шалот, лук-батун, лук Вакеги и раккио.
Симптомы: системная полосатость листьев; скручивание листьев и побегов; задержка роста; мозаика у чеснока.
Способен снизить урожайность чеснока на 40-60% в зависимости от сорта.
Переносится тлей.
Имеет разные штаммы для лука репчатого и чеснока.
Фото Google.Images
Вирус желтой полосатости лука-порея (LYSV)
Вирус желтой полосатости лука-порея (Leek yellow stripe virus, LYSV) — потивирус.
Поражает лук-порей, чеснок, лук репчатый.
Симптомы: желтая полосатость листьев.
Способен снизить урожайность чеснока на 17-54% в зависимости от сорта.
Переносится тлей.
Имеет разные штаммы для лука репчатого и чеснока.
Фото Google.Images
Вирус желтой полосатости шалота (SYSV)
Вирус желтой полосатости шалота (Shallot yellow stripe virus (штамм YSV валлийского лука), SYSV) — потивирус.
Поражает шалот, лук репчатый, лук-батун, лук Вакеги и раккио.
Симптомы: системная желтая полосатость листьев.
Переносится тлей.
Штаммы шалота, лука-батуна или лука Вакеги отличаются по диапазону видовой инфекционности; нуклеотидная последовательность больше похожа на OYDV, чем на LYSV.
Латентный вирус шалота (SLV)
Латентный вирус шалота (Shallot latent virus, SLV) — карлавирус.
Поражает все луковые культуры.
Симптомы: не очевидные.
Переносится тлей.
Латентный вирус чеснока (GLV) является штаммом SLV — показано с помощью последовательности нуклеотидов и реакции антисыворотки.
Обычный латентный вирус чеснока (GCLV)
Обычный латентный вирус чеснока (Garlic common latent virus, GCLV) — карлавирус.
Поражает чеснок, лук-порей, чеснок крупноголовчатый.
Симптомы: не очевидные.
Переносится тлей.
Последовательность нуклеотидов отличается от SLV.
Вирусы A, B, C, D чеснока (GarV- A,B,C,D)
Вирусы A, B, C, D чеснока (Garlic virus A, B, etc., GarV- A,B,C,D) — алексивирус.
Поражает чеснок.
Вирус GarV-A способе приводить к потере 14-30% урожая чеснока, GarV-C — 0-15%.
Переносится клещами (Aceria tulipae).
Имеет разные штаммы для лука репчатого и чеснока.
Вирус шалота X (SVX)
Вирус шалота X (Shallot virus X, SVX) — алексивирус, связан с латентным вирусом, переносимым луковым клещом.
Поражает шалот и лук репчатый.
Симптомы: отсутствуют или только локальный хлороз.
Переносится клещами (Aceria tulipae).
Вероятно, то же, что и латентный вирус шалота SMbLV, переносимый клещами.
Фото Google.Images
Вирус желтой пятнистости ириса (IYSV)
Вирус желтой пятнистости ириса (Iris yellow spot virus, IYSV) — тосповирус.
Поражает лук репчатый, шалот, лук-порей, шнутт-лук, некоторые дикие аллиумы.
Симптомы: сухие, соломенно-желтые поражения на листьях и побегах; разрушение стебля семян.
Способен снизить урожайность до 100% в семенных посевах; приводит к образованию мелких луковиц.
Переносится трипсами (Thrips tabaci).
Распространение болезни прямо пропорционально численности трипсов.
Новое серьезное заболевание в США, Бразилии, Израиле и Испании.
Фото Google.Images
Интегрированная система борьбы
Существует несколько публикаций, содержащих отличные цветные иллюстрации вредителей и болезней аллиума, а также рисунки и детали, полезные для их идентификации, иногда представленные в виде диагностических ключей. К ним относятся книга Шварца и Мохана (2008) и CD-ROMы Мод и Эллиса (2001) и BCPC (2003). Прекрасные иллюстрации, а также подробные сведения о биологии и методах борьбы с ними можно найти на многочисленных веб-сайтах, особенно на сайтах многих университетов США, в частности, Университета штата Колорадо, где есть ссылка на многие другие сайты по луку и чесноку (http://www. colostate.edu/orgs/VegNet/vegnet/onions.html), и Калифорнийского университета, где дается исчерпывающая информация о сорняках, вредителях и болезнях (http://www. ipm.ucdavis.edu/PMG/crops-agriculture.html). Обзор научной литературы по вредителям, болезням и сорнякам был сделан в книге Rabinowitch and Brewster (1990b), а более свежие обзоры по многим актуальным темам можно найти в книге Rabinowitch and Currah (2002).
Применение новых технологий в патологии растений, в частности, привело к быстрому прогрессу в последние годы. Диагностика становится быстрее и точнее благодаря новым молекулярным методам, позволяющим идентифицировать патогены по последовательностям их ДНК или РНК, а также благодаря разработке быстрых иммунологических тестов на патогены (Ward et al., 2004). С помощью этих методов можно быстро и точно поставить диагноз, не прибегая к услугам высококвалифицированных специалистов. Эти методы также открывают новые области исследований, связанные с болезнями растений. Например, становится возможным исследовать взаимодействие между смешанными видами микробов, включая патогены и их антагонистов, на поверхности листьев или вблизи корней. Кроме того, быстрое обнаружение и количественное определение спор патогенов в воздухе, наряду с автоматизированным электронным мониторингом микроклимата в посевах, позволяет в режиме реального времени вводить данные в погодные модели для прогнозирования заражения патогенами и развития эпидемии. Такие прогнозы позволяют применять фунгициды только тогда, когда они полезны.
В странах с развитой экономикой покупатели супермаркетов требуют от производителей овощей поставлять высококачественную продукцию без изъянов и в то же время оказывают общественное и политическое давление с целью сокращения использования пестицидов. Нет необходимости говорить о том, что эти два требования часто противоречат друг другу, и примирить их можно только путем разработки более сложных методов защиты растений, основанных на научных знаниях. В качестве примера можно привести модели прогнозирования необходимого применения фунгицидов, упомянутые выше, которые позволяют сократить ненужные опрыскивания. Такие технологии включены в программы «Интегрированной борьбы с вредителями» (IPM), которые направлены на борьбу с сорняками, вредителями и болезнями путем использования пестицидов в сочетании с другими аспектами защиты сельскохозяйственных культур, включая культурные методы, устойчивые сорта и поощрение полезных организмов.
Обследования фактического использования пестицидов на коммерческих посевах лука-батуна в Великобритании свидетельствуют о скромном увеличении количества применяемых пестицидов в последние годы (общее количество кг/га активных ингредиентов (действующего вещества)), но о значительном увеличении количества применений, особенно гербицидов и фунгицидов (Thomas, 2003). С 1986 по 1999 год среднее количество опрыскиваний гербицидами на одну культуру увеличилось примерно с пяти до девяти-десяти, но вес применяемых веществ увеличился всего на 19% (Grundy et al., 2003). Причиной этого стала продолжающаяся тенденция к увеличению числа «повторных обработок низкими дозами» гербицидов. За тот же период среднее количество опрыскиваний фунгицидами увеличилось с трех до пяти-шести (Thomas, 2003). Совершенствование технологии применения — благодаря чему меньше пестицидов расходуется на нецелевые поверхности — и более качественные химикаты, эффективные при более низкой концентрации, ограничивают рост количества применяемых препаратов, несмотря на увеличение числа обработок. Напротив, растет рынок «органических» овощей, выращенных без использования химических пестицидов. Основным ограничением для крупномасштабного «органического» производства овощей аллиум является необходимость многочасовой ручной прополки для получения удовлетворительного урожая (Melander and Rassmusen, 2001).
В последние годы экологические проблемы привели к усилению государственного регулирования использования пестицидов. В результате возросли затраты на доказательство безопасности и эффективности пестицидов и на их регистрацию для использования на определенных культурах. Кроме того, возникло требование о проведении испытаний старых пестицидов в соответствии с современными стандартами и их перерегистрации, если их использование по-прежнему разрешено. В настоящее время производителям стало невыгодно регистрировать пестициды для использования на любых других культурах, кроме основных пахотных культур, где посевные площади генерируют достаточный спрос, чтобы окупить затраты на регистрацию. С этой точки зрения овощи семейства аллиевых, как и другие овощи, являются второстепенными культурами. В различных юрисдикциях были запущены различные схемы, по которым сами производители или комбинация производителей и государственных органов финансируют тестирование и регистрацию пестицидов для использования на этих «второстепенных культурах». В Великобритании применение пестицидов на второстепенных культурах разрешено «специальными разрешениями вне маркировки» (SOLA), а затраты на их тестирование и регистрацию покрываются за счет налога на исследования и разработки, взимаемого с садоводов. Этот процесс позволяет обеспечить сельхозпроизводителей рядом подходящих пестицидов, что позволяет им экономически выгодно продолжать производство овощных культур (Chapman, 2000; Knott, 2005).
Интегрированная борьба с вредителями (Integrated pest management, IPM) — это устойчивый подход к борьбе с болезнями и членистоногими вредителями; он способствует использованию различных стратегий и тактик, включая устойчивые к вредителям сорта, биологические, культурные и химические средства контроля, таким образом, чтобы снизить затраты и минимизировать риски для здоровья и окружающей среды. Принятие решений является ключевым компонентом программ IPM (Binns and Nyrop, 1992). Принятие решений по борьбе с вредителями обычно включает процедуру оценки уровня популяции патогенов и насекомых, экономического порога (уровня популяции патогенов и/или насекомых, при котором следует принимать меры борьбы) и/или фенологического прогноза для определения времени отбора проб. Точное знание биологии патогенов и вредителей, их жизненной истории и взаимодействия с факторами в агроэкосистеме имеет решающее значение для принятия решений по борьбе с болезнями и насекомыми-вредителями.
Был разработан ряд инструментов и процедур для принятия решений по IPM на культурах Allium (Chaput, 1993; Hoffmann et al., 1996). К ним относятся системы прогнозирования вспышек заболеваний, включающие различные климатические и агрономические данные (Vincelli and Lorbeer, 1988a, b, 1989), простые инспекции растений (Shelton et al., 1987; Nyrop et al., 1989; Theunissen and Legutowska, 1992; Petzoldt, 1994) и устройства для отбора проб вредителей (Coudriet et al., 1979; Vincent and Stewart, 1981; Gerson et al., 1985).
Способность прогнозировать вспышки заболеваний или оценивать уровень популяции насекомых-вредителей может привести к более разумному использованию пестицидов. В Нью-Йорке использование схемы прогнозирования BLIGHT-ALERT (Vincelli and Lorbeer, 1989) позволило сократить применение фунгицидов на 44% (Hoffmann and Petzoldt, 1993). Также в Нью-Йорке применение инсектицидов было сокращено на 52 и 38% в 1986 и 1993 годах, соответственно, на демонстрационных полях IPM, где использовались программы разведки насекомых (Hoffmann и др., 1995). В Мичигане применение инсектицидов на луке сократилось более чем на 50%, в основном потому, что большинство производителей перестали применять внекорневые инсектициды для борьбы с луковой личинкой (Hoffmann et al., 1996). Еще большее сокращение применения инсектицидов произошло в Канаде после внедрения метода прогнозирования луковой личинки (Andaloro et al., 1984).
Преимущества использования IPM в производстве лука включают экономию затрат, точное и раннее обнаружение болезней и насекомых-вредителей до того, как может произойти повреждение, и сокращение использования пестицидов. Последнее имеет особое значение в связи с развитием проблем устойчивости у некоторых вредителей (Harris and Svec, 1976; Carroll et al., 1983; Gangloff, 1999), появлением нецелевого воздействия химических веществ (Carruthers et al., 1984), уменьшением количества новых химических веществ, регистрируемых для использования на луке, потерей существующих продуктов и усилением социально-экологического давления против использования пестицидов.
Прогнозирование болезней лука
В штатах Нью-Йорк, Мичиган и Огайо в США и провинциях Онтарио и Квебек в Канаде фунгициды исторически применялись по 7-10-дневному графику опрыскивания для борьбы с ботритисом (Botrytis squamosa), пуховой росой (Peronospora destructor) и пурпуровой пятнистостью (Alternaria porri) в период с середины июня по начало сентября (Lorbeer, 1992, 1997a) — время, наиболее благоприятное для появления этих листовых болезней (Lorbeer, 1992; Lacy and Lorbeer, 1995). Если погодные условия, благоприятные для вспышки заболевания, возникают только в конце вегетационного периода, опрыскивание фунгицидами не требуется до тех пор, пока эти климатические условия не возобладают (Shoemaker and Lorbeer, 1977a). Если сухие погодные условия периодически повторяются в течение длительного периода времени после достижения критического уровня развития болезни (CDL) (Shoemaker and Lorbeer, 1977a), опрыскивание фунгицидами для борьбы с листовой гнилью Botrytis в эти периоды не требуется.
Эффективная борьба с тремя вышеперечисленными заболеваниями листьев позволяет здоровым в остальном растениям лука производить луковицы максимального размера того сорта, который выращивается в преобладающих условиях окружающей среды. Хотя многие луководы продолжают бороться с этими тремя болезнями с помощью графиков опрыскивания фунгицидами, основанных на календаре, в течение последних 15 лет разработка, тестирование и внедрение систем прогнозирования возникновения болезней позволили луководам, использующим эти системы, применять опрыскивание фунгицидами только тогда, когда это необходимо для эффективной борьбы с болезнями. В зависимости от погодных условий в каждом вегетационном сезоне, это обычно приводит к сокращению количества опрыскиваний по сравнению с календарными и определяемыми производителями графиками опрыскиваний.
В дополнение к трем вышеупомянутым листовым болезням лука, четвертая листовая болезнь, Stemphylium leaf blight, вызываемая Stemphylium vesicarium, иногда становится серьезным заболеванием на многих луковых полях по всему миру (Rao and Paugi, 1975; Miller et al., 1978; Shishkoff and Lorbeer, 1989; Miller, 1995; Basallote-Ureba et al., 1999). Этот грибок также поражает спаржу и груши, и значительные исследования, проведенные до настоящего времени (Falloon et al., 1987; Montesinos et al., 1995), позволили предположить возможность адаптации систем прогнозирования для этого заболевания. Однако природа болезни и биология ее возбудителя в луке еще недостаточно хорошо изучены, поэтому системы прогнозирования появления Stemphylium leaf blot лука еще не разработаны.
Листовая пятнистость Cladosporium (Cladosporium allii-cepae) — еще одно важное заболевание листьев лука и других видов Allium (Hill, 1995), которое, как сообщается, регулярно встречается на Британских островах. Хотя в результате ряда исследований была получена значительная информация о природе болезни и биологии патогена, для прогнозирования болезни не используется система прогнозов. Скорее, контроль достигается путем использования культурных процедур и применения фунгицидов в конце вегетационного периода с интервалом в 14 дней или менее.
Система прогнозирования поражения листьев Botrytis
BLIGHT-ALERT, разработанная в Нью-Йорке (Vincelli and Lorbeer, 1989), BOTCAST, в Онтарио (Sutton et al., 1984; Sutton, 1986), и система прогнозирования выделения конидий в Мичигане (Lacy, 1991) являются эффективными системами прогнозирования появления листовой пятнистости Botrytis. Эти системы позволяют садоводам применять фунгициды только тогда, когда существует вероятность вспышки заболевания.
BLIGHT-ALERT
Система BLIGHT-ALERT основана на мониторинге погодных условий, регулирующих образование и высвобождение конидий B. squamosa, а также их осаждение и прорастание на листьях лука и последующее проникновение в ткани хозяина (Shoemaker and Lorbeer, 1977b; Vincelli and Lorbeer, 1988a). BLIGHT-ALERT также включает в себя прогнозирование предстоящей погоды в виде прогноза вероятности осадков с вероятностью 30% или более в течение следующих 36 часов (Vincelli and Lorbeer, 1988b). Совершенствование прогнозирования погоды с помощью современных спутниковых систем может позволить произвольно расширить этот временной интервал до нескольких дней. Вероятность осадков была эффективно использована в BLIGHT-ALERT в Нью-Йорке, поскольку штормы, проходящие через США в Нью-Йорк, обычно следуют по предсказанному пути, а не отклоняются от курса. BLIGHT-ALERT также основан на постоянном обследовании полей в течение всего сезона выращивания лука, чтобы сначала обнаружить CDL, то есть в среднем одно поражение на лист (Shoemaker and Lorbeer, 1977a; Vincelli and Lorbeer, 1987). CDL требует начала опрыскивания фунгицидами, а затем продолжения оценки путем полевой разведки на еженедельной или двухнедельной основе для определения эффективности последующих опрыскиваний фунгицидами, предусмотренных погодной частью BLIGHT-ALERT. Если уровень заболевания, определенный полевой разведкой, заметно повышается выше CDL в любое время, можно применить определенное производителем опрыскивание фунгицидом, чтобы снизить заболеваемость до уровня CDL, а после этого производитель может продолжать применять последующие опрыскивания фунгицидами на основе прогнозов BLIGHT-ALERT. После значительных испытаний (DeMilia, 1993; Lorbeer, 1997b; Anon., 1998; Lorbeer et al., 2001), коммерческое внедрение BLIGHT-ALERT было достигнуто в Нью-Йорке. Сотрудники ИПМ и/или членская организация садоводов под названием Северо-восточная погодная ассоциация управляют этой системой. Погодные данные автоматически загружаются ежедневно из сети электронных метеорологических мониторов по телефонным линиям. Программное обеспечение автоматически прогоняет отслеживаемые погодные данные через схему анализа BLIGHT-ALERT, и прогноз появления листовой пятнистости Botrytis для каждого отдельного хозяйства, включенного в программу, ежедневно доступен через Интернет. Блок-схема (DeMilia, 1993) для работы процесса принятия решений BLIGHT-ALERT показана на рис.
BOTCAST
Система BOTCAST также использует мониторинг погоды для прогнозирования возникновения вспышек поражения листьев Botrytis (Sutton et al., 1978, 1983, 1986). Эта система прогнозирования включает, как и BLIGHT-ALERT, мониторинг температуры, влажности листьев, относительной влажности и осадков, но начинает мониторинг окружающей среды в момент появления урожая. Ежедневные погодные данные используются для прогнозирования споруляции грибка, заражения листьев и, если это так, тяжести инфекции. Собранные данные используются для расчета ежедневного индекса тяжести заболевания. Затем эти индексы оцениваются нарастающим итогом до достижения уровня предупреждения о болезни и определения необходимости опрыскивания фунгицидами (Sutton et al., 1985; Sutton, 1986). Поскольку возникновение листовой пятнистости Botrytis в Онтарио и Нью-Йорке характеризуется медленным начальным ростом в начале вегетационного периода, за которым следует взрывная стадия (Sutton et al., 1985; Sutton, 1986), которая в BLIGHT-ALERT определяется как CDL, опрыскивание фунгицидами не требуется до достижения этого уровня. BOTCAST определяет этот уровень на основе предшествующей погоды, зарегистрированной с момента прорастания культуры, в то время как BLIGHT-ALERT определяет этот уровень путем полевого обследования. После того, как CDL болезни достигнут, и BOTCAST, и BLIGHT-ALERT являются системами прогнозирования на основе погоды. Тем не менее, полевая разведка для мониторинга листовой пятнистости Botrytis всегда продолжается в BLIGHT-ALERT и может быть внедрена в систему BOTCAST по желанию.
NEOGEN ENVIROCASTER
NEOGEN ENVIROCASTER — прибор для мониторинга погоды включает пакет программного обеспечения для прогнозирования присутствия в воздухе инокулята B. squamosa и, таким образом, прогнозирует возникновение листовой болезни лука Botrytis, когда погодные условия благоприятствуют возникновению болезни. Модель болезни и пакет программного обеспечения для листовой болезни Botrytis, включенные в NEOGEN ENVIROCASTER, используют предсказатель высвобождения конидий B. squamosa (Lacy, 1991), разработанный в Мичигане (Alderman and Lacy, 1983, 1984; Lacy and Pontius, 1983).
Система состоит из портативного автономного прибора для мониторинга погоды PESTCASTER, изготовленного корпорацией Neogen в Лансинге, штат Мичиган, который может быть размещен в любом месте лукового поля. Прибор ежедневно собирает данные о погоде, автоматически обрабатывает их и затем выдает прогноз о возможности возникновения заболевания.
Хотя NEOGEN ENVIROCASTER больше не производится, многие приборы все еще используются по всей территории США, с моделями болезней и пакетами программного обеспечения для прогнозирования возникновения конкретных болезней на ряде различных сельскохозяйственных и садовых культур, а также для Botrytis leaf blight of onion. Модели болезней и пакеты программного обеспечения для прогнозирования возможного появления пурпуровой пятнистости и пуховой росы лука также были включены в NEOGEN ENVIROCASTER.
Системы прогнозирования мучнистой росы
Луковые растения, зараженные Peronospora destructor, сильно повреждают листья, а также часто образуют губчатые шейки, из-за чего луковицы обычно выбраковываются при сборе урожая или теряют качество при хранении (Schwartz, 1995).
DOWNCAST
DOWNCAST, разработанный в Канаде, прогнозирует периоды споруляции-инфекции для гриба пуховой росы P destructor, но не прогнозирует продолжительность инфекционности патогена (Sutton, 1986; Jesperson and Sutton, 1987). Он используется для определения времени проведения разведки с целью обнаружения первого появления пуховой росы на посевах лука. Успешное определение времени применения фунгицидов по отношению к периодам споруляции-инфекции в системе DOWNCAST имеет решающее значение для успешной борьбы с мучнистой росой. В Канаде было установлено, что P destructor спорулирует ночью при благоприятных условиях окружающей среды, а инфракрасный свет от восходящего солнца и снижение влажности в утренние часы вызывают высвобождение спор и их последующее отложение на листьях лука (Leach et al., 1982; Hildebrand and Sutton, 1984c). Однако в ходе испытаний системы DOWN-CAST в полевых опытах в Голландии (de Visser, 1998) и в Великобритании (T. Gilles, Великобритания, 2001, личное сообщение) модель часто не могла предсказать ночи, когда происходит споруляция. Более того, DOWNCAST только предсказывает, произойдет споруляция или нет, но не предсказывает ее количественно. В настоящее время влияние факторов окружающей среды на споруляцию изучается более подробно с целью разработки количественной модели споруляции (Т. Гиллес, Великобритания, 2001, личное сообщение).
Для заражения пуховой плесенью необходимо длительное увлажнение листьев в утренние часы (Hildebrand and Sutton, 1984a). В Канаде за короткими 1-2-дневными периодами цикла споруляция-инфекция следуют 9-16 дней роста гриба в листьях, прежде чем начинается новый цикл споруляции (Hildebrand and Sutton, 1984b). Таким образом, вспышки милдью развиваются поэтапно с увеличением уровня споруляции и присутствия болезни. DOWNCAST позволяет обнаружить первое появление пуховой росы на посевах и, после ее появления, сигнализирует о необходимости эффективного опрыскивания фунгицидами. Для прогнозирования появления пуховой росы используется система NEOGEN ENVIROCASTER. Другая система прогнозирования появления пуховой росы была разработана Палти (1989).
Системы прогнозирования пурпурной пятнистости
Исследования, проведенные в Мичигане, послужили основой для системы прогнозирования, используемой в NEOGEN ENVIROCASTER для предсказания потенциального появления пурпурной пятнистости лука, вызванной Alternaria porri (Everts and Lacy, 1990a, b, 1996). Исследования биологии A. porri в Техасе и Небраске также дали информацию для разработки процедур прогнозирования производства и высвобождения конидий гриба (Meredith, 1966) и восприимчивости листьев лука разного возраста к инфекции после осаждения конидий на листьях (Miller, 1983).
Листья лука становятся все более восприимчивыми к A. porri по мере старения растений; следовательно, пурпурную пятнистость становится гораздо труднее контролировать по мере созревания луковиц (Miller, 1983). Общее количество часов непрерывного увлажнения листьев (LWH) каждый день использовалось в качестве измерения для применения фунгицидов в программе борьбы с болезнями. Интервалы между опрыскиваниями фунгицидами корректируются в зависимости от возможности развития пурпурной пятнистости (Miller et al., 1986). Если количество LWH постоянно меньше 12 ч в день, интервалы между опрыскиваниями фунгицидами могут быть увеличены. И наоборот, когда количество LWH постоянно превышает 12 ч в день, интервалы между опрыскиваниями фунгицидами следует сократить (Miller and Lacy, 1995).
Если устойчивость к B. squamosa в Allium roylei и в конкретной зародышевой плазме лука (de Vries et al., 1992; Walters and Lorbeer, 1995; Walters et al., 1996; Mutschler et al., 1998) в конечном итоге может быть перенесена на коммерческие сорта лука и использована в них, опрыскивания фунгицидами, ранее предписываемые любой из систем прогнозирования поражения Botrytis leaf blight, могут быть исключены. Это позволит использовать систему(ы) прогнозирования пурпурной пятнистости, которая(ые) не будет(ут) иногда заменяться необходимостью дополнительных опрыскиваний фунгицидами, предписываемых системами прогнозирования листовой пятнистости Botrytis. До тех пор, пока последнее заболевание не будет контролироваться путем использования устойчивых сортов, будет сохраняться частая проблема предсказания заболевания для появления пурпурной пятнистости листьев Botrytis и необходимость опрыскивания фунгицидами, когда это не требуется для контроля пурпурной пятнистости.
Выводы и перспективные направления
IPM будет оставаться предпочтительной стратегией для борьбы со многими болезнями и насекомыми-вредителями лука. Существует целый ряд экономически эффективных тактик IPM, включая культурные, биологические и химические средства борьбы. Интеграция этих тактик необходима для минимизации рисков развития устойчивости патогенов и насекомых-вредителей к любой отдельной тактике. Дальнейшая интеграция, особенно между дисциплинарными подходами, все еще необходима. Например, необходимо провести исследования для определения влияния фунгицидов на энтомопатогенные грибы естественного происхождения, такие как Entomophthora muscae, который является важным фактором смертности луковой личинки (Carruthers et al., 1984, 1985). Необходимо также оценить влияние сорняков и окружающей растительности на патогены, насекомых-вредителей и популяции полезных насекомых. Необходимы дополнительные исследования для лучшего понимания этиологии и экологии болезней и биологии насекомых-вредителей лука. Недавнее открытие уникальных популяций лукового трипса, одна из которых находится внутри, а другая — на периферии луковых полей (Gangloff, 1999), и последствия этого для борьбы с луковым трипсом должны быть лучше поняты. Это открытие является одним из примеров, подтверждающих необходимость применения целостного системного подхода к борьбе с насекомыми-вредителями (Lewis et al., 1997). Мультитрофные взаимодействия между патогенами и насекомыми-вредителями и их естественными врагами/антагонистами внутри культуры, а также то, как эти организмы влияют на ландшафтный уровень, — все это является частью целостного системного подхода.
Разработка экономически эффективных однокомпонентных тактик борьбы с патогенами и насекомыми-вредителями должна быть продолжена и соответствующим образом включена в целостный системный подход. Новые пестициды, применяемые с меньшими нормами и с меньшей экологической опасностью, становятся доступными и, вероятно, вытеснят многие соединения, используемые сегодня. Многие из традиционных пестицидов могут быть утрачены из-за развития устойчивости патогенов и насекомых-вредителей или из-за новых правительственных постановлений. В США полная реализация Закона о защите качества продуктов питания от 1996 года может привести к потере нескольких основных категорий пестицидов, что приведет к сокращению количества химических средств борьбы с болезнями и насекомыми-вредителями на луке в будущем. Таким образом, необходимо изучить альтернативные стратегии борьбы с вредителями, включая новые подходы.
Использование нового класса нетоксичных белков природного происхождения, называемых гарпинами, которые при местном нанесении на поверхность растений активируют собственные системы защиты и роста растений, открывает большие перспективы для включения в будущие программы IPM (Wei et al., 1992; Kim and Beer, 2000). Первый коммерческий продукт гарпина, Messenger®, в настоящее время производится и продается компанией EDEN Bioscience Corporation, Ботелл, штат Вашингтон. Сейчас EDEN проводит исследования эффективности других запатентованных гарпиновых белков, которые во много раз мощнее, чем Messenger®. Арфиновые белки запускают естественную защитную систему растения, которая затем защищает растение от патогенов и насекомых-вредителей, а также активизирует системы роста внутри растения. Арфиновые протеины обеспечивают преимущества современной технологии, не изменяя ДНК растения. Сроки применения арфиновых белков, вероятно, могут быть основаны на системах прогнозирования и мониторинга появления болезней и насекомых-вредителей.
Еще одной новой альтернативой химическим пестицидам является использование барьеров из нетканых волокон для борьбы с насекомыми (Hoffmann et al., 2000). Эти барьеры состоят из мелких нитей, свободно переплетенных в форме «паутины», которые действуют как физический или поведенческий барьер для яйцекладки или питания насекомых. Испытания с использованием методов экструзии горячего расплава для создания волокон в полевых условиях показали хорошие результаты против луковой личинки. Нетканые волокна также могут быть использованы в качестве новой системы доставки соединений, таких как аттрактанты или репелленты.
Выведение сортов, устойчивых к болезням и насекомым-вредителям, важно для защиты многих культур. Лук и другие виды Allium не являются исключением. Недавняя идентификация генов устойчивости к Botrytis leaf blight в A. roylei и определенных сортах A. cepa, как ожидается, приведет к частичному или полному контролю заболевания путем использования традиционных методов селекции растений для выведения устойчивых к заболеванию сортов (Walters and Lorbeer, 1995; Walters et al., 1996; Kik, глава 4, данный том). Последние достижения в области биотехнологии и генной инженерии должны обеспечить платформу для разработки новых типов механизмов устойчивости против болезней, а также насекомых.
Наконец, крайне важно, чтобы новые знания, полученные в ходе исследований, эффективно доводились до производителей лука. Традиционные способы распространения информации среди производителей должны продолжаться, но Интернет и другие формы электронной коммуникации, несомненно, будут расти в качестве средства доставки информации. В недалеком будущем полевой персонал сможет предоставлять производителям мгновенные отчеты о состоянии урожая, а также об уровне заболеваний и зараженности насекомыми с помощью беспроводных систем электронной почты. Всемирная паутина станет основным источником информации для производителей лука, а сайты по борьбе с болезнями, насекомыми и сельскохозяйственными культурами с гиперссылками будут работать как «универсальные» ресурсы для получения информации и рекомендаций.
Многие проблемы борьбы с болезнями и насекомыми-вредителями стоят перед производством лука во всем мире. Потребуются согласованные усилия государственного и частного секторов для эффективной защиты лука, устойчивым образом и с минимальным воздействием на окружающую среду. Ключом к успеху этих усилий будет постоянная поддержка исследований и распространения знаний из государственных источников, а также из промышленности.
Бактерициды меди использовались для борьбы с бактериальной мягкой гнилью и возбудителями листовой гнили лука с разной степенью успеха. Pyle и др. (1992) сообщили, что B. cepacia инактивируется низкими концентрациями ионов меди и серебра в сочетании с йодом. Kidambi et al. (1995) представили доказательства того, что B. cepacia была устойчива к меди. Марк и др. (1999a) также обнаружили, что B. cepacia проявляет устойчивость in vitro к большинству бактерицидов на основе меди. Однако они обнаружили, что ReZist (Stoller Enterprise Inc., Техас) при тестировании in vitro ингибировал рост изолятов B. cepacia 97-36(A) и 97-38(A). В сочетании с Kocide 2000 (Griffin Corporation Inc., Джорджия), изолят 97-36(A), более патогенный из двух изолятов B. cepacia, был подавлен в еще большей степени. ReZist содержит 2% хелатной меди, 2% хелатного марганца и 2% хелатного цинка, полученных из гидроксида меди, оксида марганца и оксида цинка, хелатированных этанолом 2-амино-2-гидрокси-1,2,3-пропантри-карбоксилатом. Kocide 2000 содержит 53,8% гидроксида меди с эквивалентом металлической меди 35%. В Колорадо Шварц и Отто (1998) сообщили, что высокие дозы Kocide 2000 обеспечивают превосходную борьбу с листовой гнилью Xanthomonas на луке. Шек и Пшайдт (1998) сообщили о 50-процентном сокращении численности популяции P syringae pv syringae при обработке гидроксидом меди и манкозебом. Однако аналогичный препарат — Манкоцид (Griffin Corporation Inc., Джорджия) — не подавлял B. cepacia даже при удвоенной рекомендованной производителем норме (Mark et al., 1999a). B. cepacia проявляет множественную устойчивость к антибиотикам. Бактерицидные опрыскивания фиксированными препаратами меди уменьшают выживаемость эпифитов на листьях лука и контролируют вторичное распространение. Однако медь-устойчивые штаммы могут быстро развиваться в ответ на стандартные медные бактерициды. До сих пор смесь фиксированных медяниц с фунгицидами на основе карбамата, такими как манеб, была эффективна против всех штаммов P viridiflava (Burkholder) Dowson.
Марк и др. (1999a) сообщили, что уровни B. cepacia в органических почвах Нью-Йорка оставались низкими в течение всего вегетационного периода на луковых полях, которые ранее имели севооборотную культуру, такую как салат или суданская трава (S. vulgare Pere. var. sudanense Hitchc.), продаваемая компанией DeKalb-Pfizer Genetica (Иллинойс) как гибрид суданской травы Sudex. На полях, постоянно возделываемых под лук, количество B. cepacia значительно увеличилось до высоких уровней с конца июня до конца июля.
Управление уровнем плодородия, особенно азота, было чрезвычайно важным для снижения уровня бактериальной вспышки и луковой гнили в Грузии. Однако не существует формулы, которую можно было бы экстраполировать на все типы почв или сорта лука.
Сельхозпроизводители, страдающие от бактериальных заболеваний лука, должны полагаться на местных консультантов, чтобы определить эмпирическим путем правильную стратегию управления плодородием для своего типа почвы и сорта.
Уменьшение повреждений листьев путем надежной борьбы с насекомыми, особенно с трипсами, имеет важное значение для снижения заболеваемости. Также полезно избегать механических повреждений путем увеличения расстояния между листьями растений и сельскохозяйственной техникой в течение вегетационного периода.
Программа, сочетающая все эти меры, т.е. осмотр и использование чистых растений, борьба с насекомыми и сорняками, использование надлежащего уровня удобрений и опрыскивание фиксированным препаратом меди плюс манеб, является наиболее эффективной стратегией борьбы, применяемой в поле в настоящее время. Кроме того, послеуборочную гниль можно уменьшить, собирая лук на соответствующей стадии зрелости, давая ему возможность вылечиться перед ботвой, избегая грубого обращения, которое может привести к ранам или ушибам, и высушивая луковицы принудительно горячим воздухом.
О борьбе с очаговой гнилью известно немного, поскольку это относительно новая проблема для лука. В настоящее время рекомендуются стратегии борьбы, используемые для бактериальных заболеваний в целом. Бактерицидные опрыскивания фиксированными копровыми препаратами должны снизить выживаемость эпифитов на листьях лука и контролировать вторичное распространение. Однако, как и в случае с большинством бактериальных патогенов, могут развиваться штаммы, устойчивые к меди. Поэтому рекомендуется использовать фунгицид с этиленбисдитиокарбаматом (EBDC), например, манеб. Бактерия была обнаружена на многочисленных сорняках, поэтому борьба с сорняками может быть полезной. Аналогичным образом, хорошая борьба с насекомыми и предотвращение физического повреждения растений техникой также должны быть полезны.
Выведение сортов, устойчивых к ряду бактериальных патогенов, как часть интегрированной стратегии управления, в конечном итоге может стать ответом на вопрос о контроле или снижении количества этих патогенов в луке. Однако на сегодняшний день имеется лишь ограниченное количество сообщений об устойчивости к бактериальным патогенам лука. Несколько сортов продемонстрировали высокий уровень устойчивости к центровой гнили. O’Garro и Paulraj (1997) сообщили об устойчивости к X. campestris двух сортов лука (H-942 и H-508).
Для борьбы с большинством бактериальных заболеваний необходима интегрированная стратегия управления, что справедливо и для бактериальной полосатой и луковичной гнили лука. Эффективная борьба с сорняками необходима как на семенных участках, так и на производственных полях. Сокращение популяции сорняков с помощью послевсходовых гербицидов оказывает благоприятное воздействие на борьбу с болезнями, снижая уровень начальной инокуляции.
Литература
Allium crop science: recent advances/edited by H.D. Rabinowitch and L. Currah. США. 2002.
Onions and other vegetable alliums / J.L. Brewster. — 2nd ed. США. 2008.
Современные технологии в овощеводстве/д.с.х.н. А.А. Аутко [и др.]; под редакцией А.А. Аутко. — Нац. акад, наук Беларуси, Ин-т овощеводства. — Минск : Беларус. навука, 2012. — 490 с., [16] л. ил.
