За матеріалами виступу Олександра Акулова, кандидата біологічних наук, доцента ХНУ ім. Каразіна, на тему «Ефективний контроль хвороб цукрових буряків» у ході цукрової конференції «Sugar World 2021» (м. Тернопіль, 2 березня).

Однією з найбільших проблем сучасної цукрової галузі є глобальна зміна клімату та дефіцит вологи під час вирощування цукрових буряків. Роки стають все менш передбачуваними, в багатьох регіонах опадів стає менше та менше, відповідно запаси вологи в ґрунті також зменшуються.

В Україні основним носієм вологи є Атлантика, звідки циклони приносять до нас опади, тому в західних регіонах опадів буває більше, в центральних регіонах — менше, а схід поступово перетворюється на пустелю.

У 2020 році лідером по вмісту цукру в буряку стала Харківська область, а найменші показники цукристості було отримано в Львівській та Волинській областях. Тобто, з одного боку, Харківська область значно посушливіша та екстремальніша, в порівнянні з Львівською та Волинською областями, але одночасно з цим, саме в Харківській області було зафіксовано найбільший вміст цукру в буряках. Чому це так? Тому що доволі часто з опадами, яких може бути небагато, приходять певні хвороби. Наприклад, така хвороба як церкоспороз призводить до того, що цукровий буряк формує менший урожай та менші запаси цукру, адже фотосинтез відбувається в листовому апараті, а в листках формуються цукри, які потім опускаються та накопичуються в коренеплоді. Якщо у цукрового буряка нормальний розвиток листового апарату, запаси цукру будуть хорошими, але коли буряк скидає листя, а листовий апарат недорозвинений, тоді вміст цукру буде меншим.

Церкоспороз та рамуляріоз

Однією з проблем, коли буряк скидає листя, у центральних та західних регіонах України є різні плямистості листків. Минулого та позаминулого років були великі проблеми з контролем церкоспорозу.

Церкоспороз — це відома плямистість цукрового буряка, ця хвороба викликається грибом Cercospora beticola та проявляється у вигляді некротичних плям на листках, оточених бурою, червоно-бурою або фіолетовою облямівкою. Потім на цих плямах утворюються чорні бугорки-нарости, на кожному з яких формуються спори.

Церкоспороз має хворобу-двійника, яка також проявляється на цукровому буряку. Ця хвороба називається рамуляріозом, а її збудником є Ramularia beticola. Вона так само проявляється у вигляді плямистості листя буряку та так само трапляється в Україні.

Як правило, церкоспора більш поширена та агресивна, рамулярія менш поширена та менш агресивна, але часто на полях можна побачити суміш церкоспори та рамулярії в тому чи іншому їх співвідношенні. Агроном, який оглядає поле, не завжди вміє їх розрізняти.

Щоб розрізнити церкоспору та рамулярію, аналізують червону облямівку навколо плями. Якщо навколо плями немає виразної червоної облямівки, то перед нами рамулярія. Якщо є фіолетово-червона облямівка, то це — церкоспора.

Насправді, така методика розпізнавання хвороб не є ідеальною, тому що ця червона облямівка формується не грибом, а рослиною. Уявіть, гриб вростає в листок та некротизує листову пластину, намагаючись вбити якомога більше клітин. Рослина намагається зупинити поширення гриба та некротизацію листка. У тому місці, де стикаються токсини гриба з живими клітинами рослини, відбуваються активні захисні реакції. Тому дана червоно-фіолетова облямівка листка є лінією розмежування зони живої рослини з уже вбитою. Ця фіолетова пляма є продуктом метаболізму рослини, тобто це не грибні речовини, а рослинні. Рослина продукує антоціани, захисні сполуки, які часто мають червоне забарвлення.

Наявність цього забарвлення часто визначається генетичними особливостями рослини та її станом. Тому ми можемо спостерігати ситуацію, коли церкоспороз виражений яскравими червоними плямами, і так само можемо виявити церкоспороз із майже відсутньою червоною плямою.

Найкращий спосіб їх розпізнавати, коли спори цекоспори утворюються на чорних скупченнях, які мають подовжену форму, якщо дивитися під мікроскопом, звідси походить назва цього гриба — церкоспора («церко» — черв’як, «церкоспора» — червоподібний). У рамулярії спори значно коротші.

Для агронома не є суттєво-принциповим, який перед ним патоген — церкоспора чи рамулярія, тому що вони дуже близькі родичі зі схожими біологічними особливостями. Вони обидві належать до родини Мікосферелових та мають приблизно один і той же життєвий цикл.

Вони уражують надземні органи рослин, викликають плямистість листків та їх передчасне всихання, зберігаються на рослинних рештках, поширюються повітрям та краплями води та розвиваються в теплу і, бажано, вологу погоду. Тому в контексті фунгіцидного контролю та біологічного циклу церкоспора та рамулярія фактично однакові.

Яка ж між ними різниця? Рамулярія полюбляє більш прохолодну та сиру погоду, а церкоспора може розвиватися за більш теплої погоди та вбиває листки швидше, ніж рамулярія. Якщо ми контролюємо рамулярію, то цим самим ми також контролюємо і церкоспору та навпаки. Окрем їх контолювати немає ніякого сенсу.

Після утворення некротичних плям, викликаних або церкоспорою, або рамулярією, часто спостерігається пожовтіння всієї листової пластини, внаслідок цього старі листки рослини можуть відмирати, а від самої рослини залишається лише коренеплід та декілька молодих листочків у зоні росту, старі великі листочки з великою площею поверхні можуть вилягати та відмирати. Саме вони вносять основний внесок у фотосинтез, впливають на ріст коренеплодів та накопичення цукрів. Тому особливістю церкоспори є те, що вона спочатку викликає локальні некротичні плями, а потім доволі швидко може приводити до пожовтіння та втрати всього ураженого листка.

Звідки береться церкоспора? Звісно, церкоспора приходить з немінералізованих рослинних решток буряка, тобто на полі буде багато церкоспори, якщо сівозміна перенасичена буряком. Найгірше, коли на одному полі без сівозміни сіється буряк за буряком. Але це буває дуже рідко, тоді звідки ж ще береться церкоспора? Церкоспора прилітає з немінералізованих рослинних решток, де вирощувався буряк у минулому році.

Є поле, на якому вирощувався буряк у минулому році, біля якого знаходиться поле, де буряк вирощується в цьому році. Уявімо, що на цих полях дотримується нормальна сівозміна, але в даному випадку важливою є відстань між цими полями. Якщо між полями вузенька ґрунтова дорога, шириною не більше 4 м, для спор церкоспори це не є перепоною, так як вони з легкістю перелетять з рослинних решток одного поля на інше.

Для профілактики церкоспорозу важлива не тільки сівозміна, а й просторова ізоляція полів, тобто поле, де буряк вирощується зараз, має бути віддаленим від поля, на якому буряк вирощувався у минулому році. Це одна із запорук мінімізації кількості спор, які поширюються.

Інформація про те, якою може бути ця буферна зона, суттєво змінюється. Раніше в літературних джерелах писали, що зазвичай достатньо 100 м ширини буферної зони, що є хоч якоюсь перепоною. Зараз ці дані вже не актуальні, так як в Україні відбуваються значні зміни клімату. Однією з ознак цих змін є посилення вітрів, коли навесні майже кожного дня спостерігається вітряна погода, ці вітри бувають сильнішими, ніж зазвичай, з’являються смерчі, урагани, пилові бурі тощо.

В умовах зміни клімату та посилення вітру буферної зони в 100 м вже не достатньо, так як відтепер спори церкоспори можуть перелітати на значно більшу відстань, ніж раніше. Колись місцем, яке могло призупиняти літ спор церкоспори, були лісосмуги, які слугували бар’єром та призупиняли вітер. Нормальна лісосмуга складається з верхнього ярусу — деревного та нижнього ярусу — чагарникового. Вона була щільною, густою та непоганою перепоною для вітру. Але зараз в Україні лісосмуги знаходяться в занедбаному стані та фактично не виконують своїх функцій.

В ідеалі, для профілактики церкоспорозу бажано:

1. Дотримуватися сівозміни;
2. Дотримуватися просторової ізоляції полів;
3. Підтримувати лісосмуги в нормальному стані;
4. Прискорювати мінералізацію рослинних решток, чим довше немінералізовані рослинні рештки лежать на поверхні ґрунту, тим довше вони слугують джерелом утворення спор церкоспори, чим швидше вони згниють, тим швидше ґрунт очиститься від спор церкоспори.

Тому всі технології, які прискорюють деструкцію рослинних решток, є позитивними. Але окрім рослинних решток буряку джерелом спор церкоспори можуть бути інші рослини. Церкоспора заражує лободу — типовий поширений бур’ян, із яким доволі складно боротися. Якщо на полях багато лободи, ефективність сівозміни значно зменшується.

Окрім лободи, збудник церкоспорозу також зберігається на шпинаті городньому. У нас, на щастя, шпинат майже не вирощується. Але, наприклад, у Франції шпинат та буряк є двома взаємопов’язаними в плані церкоспорозу культурами.

Церкоспора на буряку також заражує щирицю та салат латук. Тобто в нас є лобода та щириця — поширені бур’яни, які є джерелами спор церкоспорозу. Певною мірою стримання розвитку церкоспорозу на полях може бути своєчасний контроль цих бур’янів та навпаки — забур’яненість полів щирицею та лободою може призводити до посилення розвитку церкоспорозу.

Церкоспороз буряку уражує не тільки буряк, спори церкоспори зберігаються не тільки на рослинних рештках буряку, а ще як мінімум щириці та лободи, тому ця хвороба є складною у контролі.

Життєвий цикл церкоспори

Із немінералізованих рослинних решток спори, які перезимували, переносяться по полю як краплями води, так і вітром. Крапля води ударяється об рослинні рештки, відлітає та переносить з собою спори, але не на велику відстань. Вітер підхоплює спори та несе їх досить далеко. Цей гриб має змішаний спосіб поширення спор, це означає, що вони завжди присутні на полі. Без сівозміни церкоспороз завжди стартує потужно, але, навіть, якщо у вас нормальна сівозміна, рано чи пізно спора церкоспори прилетить до вас із сусіднього поля або з приватної садиби, де вирощується столовий буряк, так як він дуже сильно заражується церкоспорозом та є джерелом спор церкоспори.

На уражених листках утворюються некротичні плями, на яких потім утворюються вторинні спори, які починають формувати нові покоління спор, тобто за літо церкоспора може проходити кілька циклів розвитку.

Для цероспори важлива відносно висока температура, не менше +15°С, так як вона не переносить холоду, а також висока вологість, яка трималася б на листках 11 год. Відносна вологість повітря більше 90%. Але ці 11 год можна розбити на дві доби, цей період не обов’язково має складатися з однієї доби чи ночі. Дві поспіль вологі, росяні ночі цілком достатньо для того, щоб закріпилася цекроспора. Для церкоспори волога є критично необхідною лише на момент зараження рослини. Після цього їй уже байдуже сухо чи не сухо, є дощ чи немає дощу, є роса чи немає, тобто волога — це фактор, який необхідний для зараження рослини, після цього вона стає другорядним фактором.

Сприятлива температура для розвитку церкоспори +15-27°С, але цей гриб також досить непогано витримує високі температури, +35°С — це та температура, коли церкоспора ще є активною, тобто спеку переносить.

Перші симптоми зараження проявляються на п’яту добу — період від моменту, коли спора заразить листок, до початку формування плями. Тобто протягом перших 5 діб відсутні будь-які симптоми, а потім раптово починають утворюватися плями. За сприятливих умов навколишнього середовища повний цикл життя цього гриба становить 10-12 діб. Тобто від моменту зараження спорою до формування нового покоління спор минає менше двох тижнів. Це означає, що за один сезон цей гриб може пройти дуже багато циклів. Але це все визначається тим, чи буде достатньо вологи. Якщо рік вологий, буде багато циклів, але якщо рік теплий та посушливий, для церкоспори це не дуже сприятливий фактор.

Для прогнозування розвитку церкоспори використовуються спеціальні таблиці зі шкалою. У даному випадку, з одного боку таблиці вказується тривалість періоду зволоження в годинах, а з іншого боку вказується середня температура в період зволоження листків. Наприклад, у першу добу температура була +16°С, а тривалість періоду зволоження 12 год, а наступної доби температура була +17°С, а тривалість зволоження 20 год, можемо порахувати, що в перший день 0 балів, а в другий день 4 бали, сумарно — 4 бали.

Цекроспора може заразити рослину лише тоді, коли в дві суміжні доби буде не менше 7 балів. Для зараження рослини церокоспорою критично важливо, щоб у цей період принаймні вночі вологість повітря була високою або листок був змочений росою, або вологість повітря під листком складала не менше 90%. Тому у вологих регіонах або там, де застосовується зрошення, вірогідність розвитку церкоспори більша, ніж у посушливих регіонах.

Пригадаймо закономірність по цукристості, у Харківській області опадів не було все літо, була дуже сильна посуха, від якої страждали рослини, али при цьому цукристість більша, тому що за таких умов не було церкоспори. Чим більше вологи в період зараження, тим більший ризик розвитку церкоспорозу.

У церкоспори є два фітотоксини. Перший називається церкоспорином та викликає утворення локальних некротичних плям на листках, з нього починається зараження листка. Другий фітотоксин називається бетіколінами, які викликають хлороз уражених листків, коли плямисті листки жовтіють, вилягають на землю та відмирають. Тобто в процесі життєдіяльності гриб продукує два токсини, які мають абсолютно різний вплив на рослину.

Генетична стійкість до церкоспори

Багато селекційних компаній пропонують гібриди з генетичною стійкістю до церкоспори. Генетика — це дійсно дуже дієвий інструмент контролю церкоспори, але вона має певні особливості, які полягають в тому, що стійкість до церокспори є кількісною і визначається певною комбінацією генів, не одним геном, а їх групою.

Коли ми отримуємо гібридне насіння, то не завжди в усіх рослинах буде повний набір цих генів стійкості. Успадковування генів стійкості часто коливається від 12 до 80%. Це означає, що на тлі рослин, які не мають генетичної стійкості, даний буряк однозначно буде стійкішим. Але одночасно з цим можна побачити як здорові рослини, так і ті, що трішки хворі, а також повністю знищені церкоспорою рослини. Агроном починає міркувати над тим, що ж все-таки сталося? Гібрид із генетичною стійкістю, але, навіть, в межах одного рядка різні рослини по різному уражені церкоспорою. Це обумовлено тим, що стійкість не завжди успадковується гібридним насінням на 100%.

Селекція — важлива запорука контролю цієї хвороби. Але покупка насіння з генами специфічної стійкості до церкоспорозу ще не означає, що можна сіяти буряк по буряку, а також заощадити на фунгіцидах та не використовувати їх взагалі. Сівозміна плюс селекція та належний фунгіцидний контроль у комплексі дають більш менш стабільний результат. Тільки одна селекція ні в якому разі не витримає церкоспору.

Контроль церкоспорозу буряка

Говорячи про загальні риси контролю церкоспорозу, рекомендується використовувати генетично стійкі гібриди, дотримуватися сівозміни, бажано трипільної чи, навіть, чотирипільної, прискорювати мінеральзацію рослинних решток, заорювати або перемішувати рослинні рештки з верхнім шаром ґрунту, просторова ізоляція полів (як мінімум 100 м), використовувати фунгіциди, контроль чисельності бур’янів, зокрема лободи та щириці на полі.

Багато фунгіцидів, які колись добре працювали та були ефективними, зараз або не працюють, або працюють погано. Колись використовувалися бензимідазоли, наприклад Дерозал або ін., але зараз цей клас фунгіцидів абсолютно не ефективний. Також колись використовувалися азольні препарати, проте зараз значна частина цих препаратів не працює. Раніше використовувалися стробілуриновмісні препарати, але станом на сьогодні більшість цих препаратів не контролюють дану хворобу.

Давайте розберемося з цим та поглянемо на Францію, де головними хворобами листків цукрового буряка є церкоспороз, борошниста роста та рамуляріоз, а основними методами їх контролю є довгі сівозміни, вирощування стійких сортів, гібридів та застосування фунгіцидів у період досягання порогу шкодочинності. Станом на 2017 рік у Франції були популярними двокомпонентні суміші: азоксистробін, ципроконазол, епоксиконазол, піраклостробін, дифеноконазол тощо.

На графіках показано чутливість збудника церкоспори до певних препаратів. Як видно з даних, починаючи з 1999 року частка резистентності в популяціях настільки велика, що бензимідазольні препарати (наприклад, тіофанат-метил, карбендазим) перестали контролювати цю хворобу.

Щодо азольних сполук, тетраконазол працював до 2009 року, але починаючи з 2010 року починають виникати резистентні популяції, частка резистентної форми збільшується, відповідно даний препарат стає неефективним.

Щодо піраклостробіну, в 2012 році не було резистентності, в 2013 році — слабка резистентність, в 2014 та 2015 роках вона почала збільшуватися, а починаючи з 2016 року піраклостробін більше не контролює церкоспороз.

Тобто препарати, які контролювати церкоспороз раніше, не обов’язково будуть контролювати його зараз. Щороку спектр ефективних препаратів стає все меншим та меншим.

Давайте поглянемо на статтю канадського журналу фітопатології за 2020 рік, де проводилося порівняння стійкості до різних азолів за три суміжних роки. Наприклад, у 2015 році частка резистентної популяції до дифеноконазолу складала 11%, в 2016 році — 32%, в 2017 році — 41%. Із кожним роком нечутливість патогену до діючої речовини стає все більшою та більшою. У результаті, чим би ми не кропили буряк, церкоспора з’їдає його листя, тому що ефект від фунгіциду можна прирівняти до обробки буряка звичайною водою.

То ж чим це обумовлено? Давайте знову поглянемо на статтю канадського журналу фітопатології за 2020 рік, у якій опубліковано дані з території США. У статті вказується, що церкоспороз є домінантною, тобто основною хворобою листків цукрового буряка на півночі США. Також зазначається, що зараз спостерігається критичний рівень резистентності до стрибулориновмісних, азольних та SDHI-вмісних препаратів.

Наприклад, азоксистробін, як діюча речовина, втратила ефективність та вилетіла зі списку тих речовин, які контролюють цю хворобу. А такі речовини, як пропіконазол, діфеноконазол, флуопірам, пентіопірад, боскалід та бензовіндіфлупур, якого немає в Україні, поступово втрачають свої позиції.

Як виникає резистентність?

Такі фунгіциди, як триазоли (тебуконазол, пропіконазол, епокстиконазол тощо), блокують синтез стероїдів у мембранах грибів і таким чином вбивають їх.

Азольні препарати блокують в грибах один єдиний фермент — ланостерол С-14 альфа-деметилазу, але достатньо цьому ферменту лише один раз мутувати в певному положенні — і фермент стає нечутливим до препарату. Дика форма ферменту взаємодіє з препаратом, а мутована форма не чутлива до нього.

Вірогідність такої мутації дуже мізерна, всього лише один на мільярд, тобто з мільярда спор лише в одній може виникнути така мутація. Але давайте порахуємо скільки спор утворює церкоспора за добу на буряковому полі? Мільярди! Це означає, що якщо ми візьмемо мізерну вірогідність (один до мільярда) і помножимо на кількість спор (мільярд), то щодоби на кожному полі виникає одна спора, нечутлива до дії препарату, наприклад, не чутлива до дифеноконазолу або епоксиконазолу.

Що робить ця спора? Вона розмножується з величезною швидкістю. Одна спора в першому поколінні дасть сто дочірніх спор, у другому поколінні — 10 тис. спор, у третьому поколінні — мільйон, у четвертому — 100 млн, у п’ятому — 10 млрд спор, не чутливих до препарату.

Церкоспорозу буряка необхідно 10-12 діб, аби сформувати одне покоління спор, тобто за місяць-півтора вона сформує п’ять поколінь спор. Тому коли ви повторно застосовуєте препарат, який у минулому році був ефективним, то в цьому році він уже не буде працювати. Більше того, ці спори розлетяться по всім сусуднім полям, відповідно даний препарат не буде працювати не тільки у вас, а ще й у ваших сусідів.

Тому головна проблема контролю церкоспорозу полягає не в перенасиченні сівозмін, не в засміченості бур’янами чи руйнаціїї рослинних решток, а в тому, що цей гриб надзвичайно швидко адаптується до тих фунгіцидів, які ми застосовуємо. Хімічні компанії не встигають розробляти нові фунгіциди з такою швидкістю, як патоген їх знищує.

На графіку показано дані, які не стосуються церкоспорозу буряку, але, тим не менше, вони демонструють однакову тенденцію. Зліва показано як відбувається резистентність борошнистої роси ячменю до тебуконазолу.

У 2009 році не було резистентності, тому тебуконазол був дуже ефективним у боротьбі з борошнистою росою, у 2010 році виникла резистентність, але частка мутованих спор була незначною, кожна п’ ята спора була мутованою, а чотири з цих п‘яти — немутовані. Це означає, що після застосування фунгіциду подекуди спостерігається проскакування хвороби, але це суттєво не впливає на рослини і можна отримати нормальний урожай. У 2011 році застосувавши тебуконазол маємо відсутність фунгіцидного контролю, коли гриб безперешкодно з’їдає поле. Тобто борошнистій росі вистачило всього лише 2 роки для того, щоб сформувати резистентність до тебуконазолу. Приблизно те ж саме робить і церкоспора.

Швидко адаптуються ті гриби, які формують велику кількість спор, ті, які формують велику кількість поколінь спор за сезон, а також гриби, спори яких поширюються вітром. Якщо гриб формує одне єдине покоління спор, резистентність також формується повільно. Якщо спори поширюються на невелику відстань краплями дощу, резистентність теж формується повільно. Але якщо гриб формує мільярди спор протягом літа, які літають на десятки кілометрів, резистентність формується миттєво. На цукровому буряку таким прикладом є церкоспора.

Праворуч на діаграмі показано, що виникла резистентність борошнистої роси до тебуконазолу, але ми маємо багато інших азолів. Тоді чи оначає резистентність до одного азолу рензистентність до всіх інших азолів? Ні! Резистентність до кожного азолу визначається своєю мутацією і не впливає на інші азоли. Втративши один азол у вас є шанс замінити його на інший. Втративши другий у вас є шанс замінити його третім азолом, але рано чи пізно це закінчиться, тому що закінчиться спектр азолів.

Тому варто пам’ятати, що серед азольних препаратів є ті, що вже не працюють, ті, що працюють слабо і тільки у високих концентраціях, а також ті, що працюють до цього часу. Нашим завданням є зробити так, щоб вони працювали довго, бо в іншому випадку через пару років ми залишимося біля розбитого корита, так як не будемо знати, що обирати.

Часто великі та потужні хімічні компанії стверджують, що азоли — це минуле століття, це старі препарати, про які варто забути, що вони древні та неефективні, їх варто замінити стробілуринами та SDHI. Це і правда, і неправда одночасно. Не варто повністю забувати про азоли.

Зрозумійте, що в кожної компанії, яка розробила діючу речовину, ця речовина захищена патентом, термін дії якого триває певну кількість років, після цього інші компанії отримують право виготовляти ту ж саму молекулу та продавати її за значно вигіднішою для вас ціною. Брендові компанії не хочуть конкурувати з дрібними продавцями азолів, тому їм вигідно пропагувати думку про те, що азоли не працюють і їх варто замінити на стробілурини та SDHI, які можна придбати лише в них, так як інших немає, тому що вони захищені патентом.

Варто запам’ятати, що старі азоли, які використовувалися з року в рік, дійсно не будуть працювати, але не можна сказати, що весь клас азолів втрачено назавжди, так як серед них залишаються дієві рішення та механізми.