К проблеме резистентности возбудителей болезней зерновых культур к фунгицидам

Резистентность вредного организма к пестициду – генетически детерминированная устойчивость вредного организма к действию пестицида. Различают два типа резистентности: природную и приобретенную.

Под природной резистентностью понимается ее изначальное присутствие у популяций, обитающих в природе и не подвергавшихся селектирующему действию пестицидов. Природная резистентность может быть видовая (родовая), половая, онтогенетическая (стадийная), этологическая (поведенческая) и физиологическая.

Приобретенная резистентность к пестицидам — та, которая проявляется под действием пестицидов, когда чувствительные особи гибнут, а устойчивые, занимая освободившееся пространство, формируют резистентную популяцию. Приобретенная резистентность подразделяется на групповую и множественную.

Групповая резистентность – это устойчивость к двум или нескольким пестицидам, родственным по строению и механизму действия, относящимся к одной химической группе, например к пиретроидам.

Множественная резистентность - это устойчивость к двум или нескольким веществам разных химических групп, контролируемая разными генетическими факторами. Популяции с множественной устойчивостью состоят из смеси особей, устойчивых к разным химическим соединениям.

Перекрестная резистентность – это устойчивость организма к двум или нескольким пестицидам из разных химических классов с одинаковым механизмом действия. Она образуется в результате интенсивного применения одного или другого препарата.

В Европе проблемой снижения чувствительности фитопатогенов к фунгицидам занимается комитет по борьбе с устойчивостью к фунгицидам FRAC (Fungicide Resistance Action Committee). Организация была создана в 1994 году. Основная цель FRAC — классифицировать все существующие пестициды по их механизму действия и присвоить каждой группе уникальный номер. Продукты с одинаковым номером действуют одинаково, а с разными номерами — по-разному.

В мире зарегистрировано более 250 видов фитопатогенных микроорганизмов, которые уже устойчивы к 30 фунгицидам из разных химических классов.  Вплоть до 1970 года было зафиксировано несколько единичных случаев резистентности к фунгицидам, которые имели место через много лет после введения соответствующего фунгицида. С внедрением системных фунгицидов частота возникновения резистентности значительно возросла, и время, необходимое для появления резистентности, часто было относительно коротким, иногда в течение двух лет после первого коммерческого внедрения.

Основываясь на практическом опыте, накопленном в различных географических условиях на протяжении многих лет, в сочетании с наблюдениями, сделанными в результате патологических, биохимических и молекулярных исследований, комитетом FRAC систематизированы примеры патогенов и фунгицидов с различным уровнем риска резистентности.  Наиболее высоким риском развития резистентности обладают фунгициды из класса бензимидазолов, тиофанатов, метиамидов. Среди патогенов у злаковых культур высоким риском развития резистентности обладают возбудители мучнистой росы. Возбудители   церкоспореллеза зерновых, септориоз, желтая пятнистость листьев относятся к группе среднего риска. К группе со средним риском также относят некоторые виды ржавчинных грибов. Например, белую ржавчину капусты, азиатскую ржавчину сои.

Возбудители ржавчины зерновых и других культур относятся к группе с низким риском развития резистентности. Но есть мнение, что ржавчинные грибы ошибочно были отнесены к группе фитопатогенов с низким развитием резистентности, поскольку  имеют много сходств с патогенами, отнесенными к высокому риску развития резистентности, а именно:

• быстро формируют массовые эпифитотии в благоприятных условиях;
• могут распространяться на большие расстояния;
• имеют короткий жизненный цикл в уредостадии;
• способны экспрессировать мутантные гены.

Знания о вероятном риске развития резистентности, полученные до появления нового фунгицида для коммерческого использования, оказались весьма полезными при разработке эффективных стратегий борьбы с болезнями в реальных условиях выращивания сельскохозяйственных культур.

Исследований по влиянию фунгицидов на характеристики популяции ржавчинных грибов крайне мало. Впервые в России такие работы проводились в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Федеральный научный центр биологической защиты растений» (ФГБНУ ФНЦБЗР) для патосистемы «пшеница - возбудитель желтой ржавчины» Г. В. Волковой (2007). Было изучено влияние фунгицида на основе триадимефона на вирулентность и агрессивность P. striiformis, рассчитана скорость появления резистентных форм патогена, разработана и предложена антирезистентная стратегия применения фунгицидов с этим действующим веществом на посевах пшеницы.

Д. А. Кольбин в своем диссертационном исследовании, которое выполнялось в период с 2009-го по 2011 г. также на базе ФНЦБЗР, описал влияние фунгицидов на вирулентность популяции  бурой ржавчины пшеницы. Он подобрал четыре фунгицида с различным механизмом действия, часто применяемых в условиях Краснодарского края на посевах пшеницы. Было установлено, что при использовании фунгицида, например Амистар-Экстра, вирулентность популяции, т. е. способность заражать растение-хозяина, снижалась практически в 2,2 раза в сравнении с популяцией, которая не была подвержена обработке.

М. С. Гвоздева, в чьей диссертации также был затронут данный вопрос, установила, что популяция P. triticina, обработанная химическим фунгицидом на основе тебуконазола, характеризуется изменением структуры по агрессивности и вирулентности и снижением чувствительности к токсиканту.

В России впервые была описана резистентность изолятов ржавчинных грибов к фунгицидам триазолового класса: P. striiformis - к триадимефону (Г. В. Волкова, 2007), P. triticina – к эпоксиконазолу, ципроконазолу, пропиконазолу (Д. А. Кольбин, 2012), тебуконазолу (М. С. Гвоздева, Г. В. Волкова, 2022).

В отношении возбудителя карликовой ржавчины ячменя подобных исследований не проводилось как в мире, так и в России. С учетом высокой вирулентности и изменчивости северокавказской популяции патогена и необходимости выработки антирезистентной стратегии для каждого патогена и ценоза в 2023 году команда ученых Федерального научного центра биологической защиты растений подала заявку в Российский научный фонд, которая была поддержана. Название проекта - «Влияние фунгицидов – производных триазолов и стробилуринов на патогенность и уровень резистентности популяций Puccinia hordei и Pyrenophora teres». Исследования проводили с биотрофными гемибиотрофными патогенами ячменя: это возбудители карликовой ржавчины и сетчатой пятнистости листьев. В работе использовали четыре фунгицида, имеющих в составе д. в. из класса триазолов и стробилуринов и зарегистрированных против ржавчин и других грибных патогенов зерновых культур. 

Образцы пораженных карликовой ржавчиной и сетчатой пятнистостью листьев ячменя команда проекта собирала в ходе маршрутных обследований в Краснодарском, Ставропольском краях, Ростовской области и Республике Адыгея. Все исследования проводились на базе Федерального научного центра биологической защиты растений в лаборатории иммунитета растений и болезней.

В условиях климатических камер и фитотрона поддерживались оптимальные условия для развития как растения, так и фитопатогенов. Все исследования были выполнены согласно общепринятым методикам. В результате было установлено, что изученные фунгициды эффективно сдерживают развитие заболевания. При рекомендуемой норме применения эффективность всех изученных фунгицидов была высокая и составляла более 97 %.

Высокую чувствительность мы доказали и при расчете показателей СК50: смертельная концентрация, при которой погибает 50 % пустул на листе. Так, для всех препаратов СК50 для популяции после обработки этот показатель был практически в два раза ниже в сравнении с СК50 для рекомендуемой концентрации в рабочем растворе. Полученные данные доказывают, что популяция карликовой ржавчины является высокочувствительной по выбранным фунгицидам. Также было установлено, что при увеличении норм применения фунгицидов снижалась жизнеспособность спор. То есть для каждого варианта жизнеспособность спор при увеличении была в разы ниже в сравнении с контролем. Жизнеспособность спор в контроле была принята за 100 %. Установлено изменение длительности латентного периода и споруляции под действием фунгицидов. При увеличении норм применения длительность латентного периода увеличивалась. Это означает, что с момента заражения до момента появления пустул проходило больше времени, чем в контрольном варианте. Было установлено снижение длительности споруляции. То есть с момента раскрытия пустул до прекращения споруляции проходило меньше времени в сравнении с контролем.

При увеличении нормы применения фунгицидов было установлено снижение спорулирующей способности. Мы рассчитывали ее путем отношения массы спор общего количества пустул к массе спор с одной пустулой. То есть при увеличении нормы применения масса спор с одной пустулой снижалась в зависимости от нормы. В контроле этот показатель был самый высокий.

Нами проводился эксперимент по влиянию повторных обработок фунгицидом Балий, КМЭ в рекомендуемой норме применения на вирулентность популяции Puccinia hordei. После первой обработки фунгицидом в рекомендуемой норме применения вирулентность популяции снизилась на 5 %, а 15 изолятов перестали спорулировать. После второй обработки средняя вирулентность популяции уменьшилась уже на 30 %, большинство изолятов были авирулентны к 12 линиям с генами Rph. После третьей обработки фунгицидом вся популяция перестала спорулировать, не сохранилось ни одного жизнеспособного изолята гриба.

Подобная работа была проведена и для возбудителя сетчатой пятнистости листьев ячменя. Биологическая эффективность разных норм применения фунгицидов против сетчатой пятнистости была несколько ниже и при рекомендуемой норме  снижалась на уровне 85 % для всех препаратов. Мы решили понаблюдать за споруляцией патогена после внесения препарата в питательную среду. При повторном внесении препаратов в питательную среду у Pyrenophora teres установлены снижение средней вирулентности популяции и увеличение количества авирулентных изолятов.

В настоящее время эксперименты по проекту продолжаются. Тестируется влияние повторных обработок в пониженных нормах применения на вирулентность патогенов. Полученные результаты свидетельствуют о возможности появления резистентных изолятов патогенов при нерегламентированном применении фунгицидов.  Подобные исследования позволяют выявить изменения патогенности популяции под влиянием фунгицидов и спрогнозировать развитие резистентности, что позволит оперативно скорректировать систему  защиты культуры.

Мы собираем статистику об эффективности фунгицидов в рамках своего проекта на различных мероприятиях, где приходится выступать. В некоторых случаях отмечается неэффективное действие фунгицидов. Это может быть связано с рядом причин. Одна из них –  приобретение некачественных препаратов у поставщиков. Как правило, подобные препараты продают без свидетельства о государственной регистрации, без установленного состава, и в последующем они могут привести к проблемам на посевах. Другой причиной может быть несоблюдение правил транспортировки и хранения пестицидов. Существуют ГОСТы, в которых указаны в том числе правила транспортировки и хранения препаратов.

Следующая причина –  несоблюдение установленных регламентов и правил применения пестицида. Обычно не соблюдают нормы внесения препарата либо его применяют в нерекомендуемую  фазу, не соблюдают нормы расхода рабочего раствора.

Есть и  другие важные факторы, которые могут повлиять на эффективность. Например, снижение чувствительности фитопатогена к действующему веществу.  Для того чтобы этого не происходило, необходимо:

• проводить мониторинг посевов для контроля заболевания и применять фунгициды, когда развитие болезни достигло ЭПВ;
• использовать фунгициды в интегрированной системе защиты с рекомендованной нормой применения, обеспечивающей эффективный контроль заболевания, а также фунгициды с различным механизмом действия;
• использовать препараты из разных химических классов.

О. КУДИНОВА, старший научный сотрудник, к. б. н.,

М. ГВОЗДЕВА, старший научный сотрудник, к. б. н.,

Г. ВОЛКОВА, главный научный сотрудник, член-корреспондент РАН, д. б. н., лаборатория иммунитета растений к болезням  ФГБНУ ФНЦБЗР