Sergey Elansky
Jedną z najniebezpieczniejszych chorób ziemniaków i pomidorów jest zaraza późna wywoływana przez lęgniowce Phytophthora infestans (Mont.) De Bary. Ten fitopatogen jest wysoce szkodliwy, ponieważ w odpowiednich warunkach atmosferycznych jest zdolny do masowego rozwoju i powodowania dużych strat w plonach, a także silnej zmienności, co pozwala szybko przezwyciężyć odporność odmian i toksyczne działanie preparatów grzybobójczych. Do tej pory nie powstały żadne odmiany ziemniaków i pomidorów, które byłyby całkowicie odporne na te patogeny.
Jedyną możliwością ochrony przed zarazą jest stosowanie środków ochrony roślin. Epifitoza zarazy późnej jest inicjowana przez pierwotne inokulum. W Europie za pierwotne inokulum uważa się infekcję, która dostała się do gleby przez chore bulwy nasienne, przezimowane w glebie oospory (grubościenne struktury rozrodcze P. infestan), a także zoosporangia przyniesiona wiatrem z roślin wyhodowanych z zimujących bulw na ubiegłorocznych polach (rośliny „samosiewne”) lub na stosach bulw wyrzucanych podczas przechowywania do przechowywania. Spośród nich za najniebezpieczniejsze źródło infekcji uważa się rośliny wyhodowane na stosach odrzuconych bulw. tam liczba porośniętych bulw jest często znaczna, a zoosporangia może być z nich przenoszona na duże odległości. Reszta źródeł (oospory, rośliny „samosiewne”) nie jest tak niebezpieczna, ponieważ nie jest zwyczajowo uprawiać rośliny na tych samych polach częściej niż raz na 3-4 lata. Infekcja przez chore bulwy nasion jest również minimalna dzięki dobremu systemowi kontroli nasion.
Ogólnie ilość pierwotnego inokulum w populacjach europejskich jest ograniczona, a zatem wzrost epidemii jest raczej powolny i można go z powodzeniem kontrolować za pomocą chemicznych preparatów grzybobójczych.
W Rosji sytuacja jest radykalnie inna. Większość upraw ziemniaków i pomidorów jest uprawiana w małych prywatnych ogrodach; środki ochronne albo w ogóle nie są na nich przeprowadzane, albo zabiegi grzybobójcze przeprowadza się w niewystarczającej liczbie i rozpoczynają się po pojawieniu się zarazy na wierzchołkach. W rezultacie głównym źródłem infekcji są prywatne ogrody warzywne, z których zoosporangia są przenoszone przez wiatr na nasadzenia komercyjne. Potwierdzają to nasze bezpośrednie obserwacje w Moskwie, Briańsku, Kostromie, Riazaniu: uszkodzenia roślin w ogrodach prywatnych zaobserwowano przed rozpoczęciem zabiegów grzybobójczych na nasadzeniach komercyjnych. Następnie epidemię na dużych polach powstrzymuje stosowanie preparatów grzybobójczych, natomiast w ogrodach prywatnych następuje szybki rozwój zarazy.
W przypadku niewłaściwych lub „niskobudżetowych” zabiegów nasadzeń komercyjnych na polach pojawiają się ogniska zarazy; w przyszłości aktywnie się rozwijają, zajmując coraz większe obszary.
Infekcja w ogrodach prywatnych ma znaczący wpływ na epidemie na polach komercyjnych. We wszystkich regionach uprawy ziemniaków w Rosji powierzchnia zajmowana przez ziemniaki w prywatnych ogrodach jest kilkakrotnie większa niż łączna powierzchnia pól dużych organizacji produkujących. W takim środowisku prywatne ogrody warzywne można postrzegać jako globalne źródło inokulum dla pól komercyjnych.
Spróbujmy zidentyfikować te właściwości, które są charakterystyczne dla populacji P. infestans w ogrodach prywatnych. Sadzenie innych niż nasienie i kontrola kwarantannowa ziemniaków jadalnych, nasion pomidora uzyskanych od podejrzanych zagranicznych producentów, wieloletnia uprawa ziemniaków i pomidorów na tych samych obszarach, niewłaściwe zabiegi fungicydowe lub ich całkowity brak prowadzą do poważnych epifitotyków w sektorze prywatnym, których wynik jest wolny krzyżowanie, hybrydyzacja i tworzenie oospor w ogrodach prywatnych. W efekcie obserwuje się bardzo dużą różnorodność genotypową, kiedy prawie każdy szczep jest unikalny pod względem genotypu (Elansky i in., 2001), a rozmieszczenie genotypów w populacjach odpowiada stosunkowi Hardy-Weinberga (Amatkhanova i in., 2004), co przemawia za swobodnym krzyżowaniem w populacjach. Oospory aktywnie tworzą się w dotkniętych organach roślin (Smirnov, Elansky 1999). Sadzenie sadzeniaków o różnym pochodzeniu genetycznym sprawia, że jest mało prawdopodobne, aby pojawiały się linie klonalne wyspecjalizowane w atakowaniu określonej odmiany. Wyselekcjonowane w takim przypadku szczepy wyróżniają się wszechstronnością w stosunku do dotkniętych odmian; większość z nich ma bliską maksymalną liczbę genów wirulencji (Amatkhanova i in., 2004; Shein i in., 2009). Różni się to bardzo od systemu „linii klonalnych” typowego dla dużych pól przedsiębiorstw rolniczych z odpowiednio zainstalowanym systemem ochrony przed zarazą. „Linie klonalne” (kiedy wszystkie szczepy patogenu zarazy zarazy w terenie są reprezentowane przez jeden lub kilka genotypów) są wszechobecne w krajach, w których uprawa ziemniaków prowadzona jest wyłącznie przez duże gospodarstwa: USA, Holandia, Dania itd. (Goodwin i in., 1994, Dyakov, Elansky, 2007, Cooke i in., 2006). Pod koniec XX wieku „linie klonalne” były szeroko rozpowszechnione w azjatyckiej i dalekowschodniej części Rosji (Elansky i in., 20), co najwyraźniej wynika z wykorzystywania tych samych odmian ziemniaków wyłącznie do sadzenia. Ostatnio sytuacja w tych regionach również zaczęła się zmieniać w kierunku wzrostu różnorodności genotypowej populacji (S.N. Elansky, dane niepublikowane).
Brak intensywnych zabiegów preparatami grzybobójczymi ma inny, bezpośredni skutek - nie ma kumulacji odpornych szczepów w ogrodach. Rzeczywiście, nasze wyniki pokazują, że szczepy oporne na metalaksyl są mniej prawdopodobne do wykrycia w ogrodach prywatnych niż w nasadzeniach komercyjnych (Elansky i in., 2007).
Pobliskie sadzenie ziemniaków i pomidorów w ogrodach ułatwia migrację szczepów między tymi uprawami, w wyniku czego w ostatnim dziesięcioleciu wśród szczepów wyizolowanych z ziemniaków wzrósł udział nosicieli genów odporności na odmiany pomidora cherry T1, charakterystyczne wcześniej tylko dla odmian „pomidora”. Szczepy z genem T1 w większości przypadków są bardzo agresywne zarówno w stosunku do ziemniaków, jak i pomidorów.
W ostatnich latach zaraza późna pomidorów zaczęła pojawiać się w wielu przypadkach wcześniej niż na ziemniakach. Sadzonki pomidorów mogą być zaatakowane przez oospory w glebie lub oospory obecne w nasionach pomidora lub do nich przylegające (Rubin i in., 2001). Od końca XX wieku w sklepach pojawiła się duża liczba niedrogich, pakowanych nasion, głównie importowanych, z których przeszła większość drobnych producentów. Nasiona mogą przynosić szczepy o genotypach typowych dla regionów ich uprawy. W przyszłości te genotypy włączane są w proces seksualny w prywatnych ogrodach, co prowadzi do powstania zupełnie nowych genotypów.
Ogrody prywatne są więc globalnym „tyglem”, w którym w wyniku wymiany materiału genetycznego przetwarzane są istniejące genotypy i pojawiają się zupełnie nowe. Ponadto ich selekcja odbywa się w warunkach bardzo odmiennych od tych, jakie powstają dla ziemniaków w dużych gospodarstwach: brak prasy grzybobójczej, wyrównanie odmian nasadzeń, przewaga roślin dotkniętych różnymi formami infekcji wirusowej i bakteryjnej, bliskość pomidorów i dzikich psiankowatych, aktywne krzyżowanie i tworzenie się oosporów, możliwość oospory, aby wywołać nawrót choroby w następnym roku. Wszystko to prowadzi do bardzo dużej różnorodności genotypowej populacji przydomowych. W warunkach epifitotyków w ogrodach warzywnych zaraza późna rozprzestrzenia się bardzo szybko i uwalniane są ogromne ilości zarodników, lecących na pobliskie nasadzenia komercyjne. Jednak po dotarciu na pola komercyjne z odpowiednim systemem technologii rolniczej i ochrony, zarodniki, które przyleciały, praktycznie nie są w stanie zainicjować poważnej epidemii na polu, co jest spowodowane brakiem linii klonalnych odpornych na 10 fungicydów i wyspecjalizowanych w uprawianej odmianie.
Innym źródłem pierwotnego inokulum mogą być chore bulwy uwięzione w komercyjnych sadzonkach. Bulwy te były uprawiane z reguły na polach o dobrej technologii rolniczej i intensywnej ochronie chemicznej. Genotypy izolatów infekujących bulwy są dostosowane do rozwoju ich własnej odmiany. Szczepy te są znacznie bardziej niebezpieczne dla sadzenia komercyjnego w porównaniu z inokulum pochodzącym z prywatnych ogrodów. Wyniki naszych badań również potwierdzają to założenie. Populacje izolowane z dużych pól z odpowiednio prowadzoną ochroną chemiczną i dobrą techniką rolniczą nie różnią się dużym zróżnicowaniem genotypowym. Często jest to kilka linii klonalnych, charakteryzujących się dużą agresywnością i przewagą szczepów odpornych na fungicydy.
Szczepy z handlowego materiału siewnego mogą przedostawać się do populacji w ogrodach warzywnych i brać udział w zachodzących w nich procesach. Jednak w warzywniaku ich konkurencyjność będzie znacznie niższa niż na polu komercyjnym i wkrótce przestaną istnieć w postaci linii klonalnej, ale ich geny można wykorzystać w populacji „ogrodowej”.
Infekcja, która rozwija się na roślinach „samosiewnych” i na stertach wybrakowanych bulw podczas zbiorów, nie jest tak istotna dla Rosji, ponieważ W głównych regionach uprawy ziemniaków w Rosji obserwuje się głębokie zamarzanie gleby w zimie, a rośliny z bulw, które zimowały w glebie, rzadko się rozwijają.
Co więcej, jak pokazują nasze eksperymenty, patogen zarazy z reguły nie przeżywa w ujemnych temperaturach, nawet na bulwach, które zachowały żywotność. W strefie jałowej, gdzie uprawia się ziemniaki wczesne, zaraza późna występuje dość rzadko ze względu na suchy i gorący sezon wegetacyjny.
Zatem obecnie obserwujemy podział populacji P. infestans na populacje „polne” i „ogrodowe”. Jednak w ostatnich latach obserwuje się procesy prowadzące do konwergencji i przenikania genotypów z tych populacji.
Wśród nich można zauważyć ogólny wzrost umiejętności małych producentów, pojawienie się niedrogich małych opakowań sadzeniaków, rozprzestrzenianie się preparatów grzybobójczych w małych opakowaniach oraz utratę przez ludność strachu przed „chemią”.
Sytuacje powstają, gdy dzięki energicznej działalności jednego dostawcy całe wioski są sadzone bulwami nasiennymi tej samej odmiany i zaopatrywane w małe opakowania tych samych pestycydów. Można przypuszczać, że ziemniaki tej samej odmiany można znaleźć na pobliskich nasadzeniach handlowych.
Z drugiej strony, niektóre firmy zajmujące się handlem pestycydami promują „budżetowe” programy chemicznej obróbki. W tym przypadku zmniejsza się liczbę zabiegów i oferowane są najtańsze fungicydy, a nacisk nie kładzie się na zapobieganie rozwojowi zarazy aż do koszenia wierzchołków, ale na pewne opóźnienie epifitoty w celu zwiększenia plonu. Takie schematy są ekonomicznie uzasadnione przy uprawie ziemniaków jadalnych z materiału siewnego niskiej jakości, kiedy w zasadzie nie ma mowy o uzyskaniu wysokiego plonu. Jednak w tym przypadku, w przeciwieństwie do populacji ogrodniczych, wyrównane podłoże genetyczne ziemniaka pozwoli na wyselekcjonowanie specyficznych fizjologicznych ras fitopatogenów, które są dla tej odmiany bardzo niebezpieczne.
Dość niebezpieczne wydają się nam tendencje do konwergencji „ogrodowych” i „polowych” metod produkcji ziemniaków. Aby zapobiec ich negatywnym konsekwencjom zarówno w gospodarstwie domowym, jak iw sektorze handlowym, konieczne będzie zarówno kontrolowanie asortymentu sadzeniaków i asortymentu fungicydów oferowanych prywatnym właścicielom w małych opakowaniach, jak i śledzenie programów ochrony ziemniaków i stosowania fungicydów w sektorze komercyjnym.
Ze względu na słaby rozwój produkcji nasion w Rosji duże ilości sadzeniaków są importowane z zagranicy. Wraz z nim importowane będą nowe, prawdopodobnie wysoce zjadliwe i odporne na fungicydy szczepy patogenów, m.in. zaraza późna.
W Rosji ich pula genów będzie zaangażowana w naturalny proces hodowli nowych genotypów, dostosowanych do naszych warunków i klęski odmian uprawianych w Rosji.
Na obszarach sektora prywatnego następuje intensywny rozwój nie tylko zarazy, ale także Alternarii. Większość właścicieli prywatnych działek przydomowych nie podejmuje specjalnych działań w celu ochrony przed Alternarią, biorąc rozwój Alternarii na naturalne więdnięcie liści lub rozwój zarazy. Dlatego wraz z masowym rozwojem Alternarii na odmianach wrażliwych, działki przydomowe mogą służyć jako źródło inokulum do nasadzeń komercyjnych.
Prace te zostały zrealizowane przy częściowym wsparciu Rosyjskiej Fundacji Nauki (projekt N 14-50-00029).
Artykuł został opublikowany w czasopiśmie „Potato Protection” (nr 1, 2015)