Dėl kintančio klimato ir ūkininkavimo praktikos atsirado naujas javų patogenas

LAMMC

Žemdirbystės institutas

2019-03-28

©LŽŪKT

Pastarąjį dešimtmetį Šiaurės Europoje stebimi javų varpų fuzariozės sukėlėjų rūšinės sudėties pakitimai. Greta anksčiau vyravusių Fusarium rūšių – F. avenaceum, F. poae, F. sporotrichioides ir F. culmorum, išplito itin žalinga F. graminearum rūšis. Dėl šių pokyčių susiduriama su didesniu grūdų produkcijos užterštumu mikotoksinu deoksinivalenoliu ir sėklų kokybės suprastėjimu.

Pagrindinėmis šio patogeno išplitimo priežastimis įvardijama bearimis žemės dirbimas, javų atsėliavimas ir klimato šiltėjimas. Patogeno epideminių protrūkių ir spartaus prisitaikymo prie naujų išgyvenimo sąlygų prielaida yra didelis kiekis augalų šeimininkų liekanų dirvos paviršiuje ir drėgnos bei šiltos oro sąlygos javų žydėjimo metu.

2015–2018 m. LAMMC Žemdirbystės institute ir Gamtos tyrimų centre vykdyto projekto tikslas – analizuojant populiacijų struktūros ir grybo fiziologiją nustatyti F. graminearum įsitvirtinimą javų sėjomainoje. Vertintas F. graminearum paplitimas įvairiuose agroekosistemos elementuose, genetinė įvairovė, patogeniškumas ir dirvožemio fungistatinis aktyvumas F. graminearum atžvilgiu.

Nustatyta, kad F. graminearum yra paplitęs visuose tirtuose agroekosistemos elementuose: besimptomiuose segetaliniuose bei nemigliniuose ir simptominiuose migliniuose sėjomainos augaluose, dirvožemyje ir augalinėse liekanose. Šis grybas aptiktas 41 rūšies piktžolėse, iš kurių 27 dviskiltės piktžolės kaip alternatyvūs augalai šeimininkai identifikuoti pirmą kartą. 2015–2018 m. tyrimo duomenimis, vidutinis F. Graminearum aptikimo dažnis piktžolėse buvo 24,5 %, tačiau, priklausomai nuo sėjomainos ir tyrimo metų, jis kito nuo 2,9 iki 59,3 %. Sėjomainoje, kurioje vienas iš penkių rotacijos narių buvo cukriniai runkeliai, beveik visais tyrimo metais F. graminearum aptikimo dažnis piktžolėse buvo didžiausias. 2015–2018 m. duomenimis, vidutinis aptikimo dažnis buvo 1,5–3,5 karto didesnis lyginant su sėjomainomis, kuriose cukriniai runkeliai nebuvo auginti.

Tarp nemiglinių augalų, 2015 ir 2016 m. didžiausias F. graminearum aptikimo dažnis buvo cukriniuose runkeliuose – vidutiniškai 8,0 %, bulvėse – 4,0 %, vasariniuose rapsuose ir žirniuose – po 2,0 %. 2017 ir 2018 m. duomenimis, F. graminearum aptikimo dažnis cukriniuose runkeliuose siekė 30,0 ir 22 %.

Dirvožemyje F. graminearum paplitimas buvo itin mažas – kiekviename lauke aptikta vidutiniškai tik po du izoliatus. Šį faktą greičiausiai nulėmė tai, kad visi tirti dirvožemiai pasižymėjo stipriu (vidutiniškai 80 %) fungistatiniu poveikiu F. graminearum micelio augimui. Stipriausiu slopinamuoju efektu išsiskyrė Bacillus amyloliquefaciens Hy7 kamienas (genų banko Nr. JN382250). F. graminearum patogeniškumo tyrimai dirbtinės infekcijos sąlygomis parodė, kad iš piktžolių, nemiglinių augalų ir dirvožemio išskirti izoliatai sukėlė vasarinių kviečių varpų fuzariozę. Be to, visi tirti izoliatai pasižymėjo kryžminiu patogeniškumu, t. y., nepriklausomai nuo izoliato kilmės, gebėjo sukelti chlorozes ir nekrozes visiems tirtiems nemigliniams augalams.

Populiacijų genetinę analizę atliekant PGR metodu, nustatyti F. graminearum rūšies izoliatų variabilių ir nekoduojančių genomo sekų genetiniai profiliai pagal dešimt skirtingų genomo lokusų. Ištyrus 788 F. graminearum izoliatus nustatyta, kad genetinė įvairovė yra didėlė, tačiau visi izoliatai priklauso vienai populiacijai, kuri pasidalija į tris subpopuliacijas:

1) izoliatai iš sėjomainos augalų, savų sėklų ir piktžolių,

2) izoliatai iš dirvožemio ir augalinių liekanų,

3) izoliatai iš pirktų sėklų.

Genetiniai tyrimai rodo, kad segetaliniai augalai – dirbamų laukų piktžolės – ir yra pirminiai bei pagrindiniai F. graminearum infekcijos plitimo ir išlikimo šaltiniai. Šią prielaidą patvirtina ir aiškus atsiskyrimas izoliatų iš pirktų miežių sėklų. Šie grybai skyrėsi labai smarkiai, jų subpopuliacijoje dominavo unikalūs aleliai, kurie niekur kitur nebuvo aptinkami. Tai, kad iš

pirktų sėklų išaugintų miežių lauke jų unikalūs aleliai vėliau nepasitaikė, rodo, jog F. graminearum plitimas per užkrėstas sėklas yra neefektyvus ir nustelbiamas išorinių infekcijos židinių – piktžolėse reziduojančių F. graminearum populiacijų. Tačiau savose (išaugintose aplinkiniuose laukuose) sėklose pasitaikantys F. graminearum izoliatai buvo genetiškai artimi laukuose vyraujančiai populiacijai.

Apibendrinat tyrimo duomenis galima teigti, kad dirbamų laukų piktžolės yra labai svarbus aspektas siekiant kontroliuoti F. graminearum paplitimą. Auginamuose kultūriniuose (įskaitant nemiglinius sėjomainos augalus) ir lauko segetaliniuose augaluose indentifikuoti grybai yra genetiškai artimiausi ir aptinkami gausiausiai. Šio patogeno plitimas su dirvožemiu ir augalų sėklomis yra mažiau efektyvus.

F. graminearum izoliatai pasižymi kryžminiu patogeniškumu, todėl galima manyti, kad šių tyrimų metu identifikuoti alternatyvūs augalai šeimininkai gali pasitarnauti kaip papildomas infekcijos ir išgyvenimo agroekosistemoje šaltinis. Be to, nemigliniai sėjomainos augalai (ypač cukriniai runkeliai) negali užtikrinti saugaus biologinio barjero tarp patogeno ir tiesioginio augalo šeimininko.

Skaidrė Supronienė, Gražina Kadžienė (LAMMC Žemdirbystės institutas), Neringa Rasiukevičiūtė, Jurgita Kelpšienė (LAMMC Sodininkystės ir daržininkystės institutas), Donatas Šneideris, Algirdas Ivanauskas (Gamtos tyrimų centras). Informacija išLAMMC Žemdirbystės instituto leidinio „Agrariniai ir miškininkystės mokslai: naujausi tyrimų rezultatai ir inovatyvūs sprendimai (2019)