Почвенные микроорганизмы: полезные грибы и бактерии в борьбе с фитопатогенами

В верхнем слое почвы обитает сложное и высокоразнообразное сообщество микроорганизмов, среди которых грибы и бактерии играют особую роль благодаря своей распространенности и двойственной функции. В зависимости от конкретного вида, растения-хозяина и условий окружающей среды, эти организмы могут проявлять как полезные, так и патогенные свойства. В естественных, ненарушенных экосистемах разнообразие почвенных микробов поддерживается в состоянии динамического равновесия, где вспышки заболеваний растений являются скорее исключением. Это биоразнообразие служит фундаментом для устойчивости экосистем и стабильного здоровья растений.

Полезные почвенные грибы и бактерии поддерживают высшие растения посредством нескольких ключевых механизмов. Во-первых, они формируют прямые симбиотические связи с корневой системой, такие как микориза и ассоциация с клубеньковыми бактериями, фиксирующими атмосферный азот. Во-вторых, они обеспечивают процессы разложения и минерализации органического вещества, высвобождая необходимые элементы питания, в частности азот и фосфор, в доступной для растений форме. В-третьих, они выступают как естественные агенты биоконтроля, напрямую паразитируя на фитопатогенах, конкурируя с ними за ресурсы или продуцируя антибиотики и другие токсичные метаболиты, подавляющие развитие болезней.

Традиционные интенсивные методы сельского хозяйства часто нарушают этот хрупкий баланс, подавляя биоразнообразие почвенных микроорганизмов и снижая природную супрессивность почвы к заболеваниям. Утрата функционального разнообразия микробиоты уменьшает способность экосистемы противостоять как абиотическим (засуха, засоление), так и биотическим (патогены) стрессам. В условиях такого дисбаланса ослабляется естественное давление на патогены со стороны их антагонистов, что может привести к бесконтрольному размножению фитопатогенов и увеличению заболеваемости культур.

Фитопатогены, передающиеся через почву, — это патогенные грибы или бактерии, поражающие корни и прикорневую зону стеблей культурных растений. Они могут завершать весь жизненный цикл в почве или часть его проводить на растительных остатках. Во время паразитической фазы они развиваются в тканях растения-хозяина. В межсезонный период они сохраняются в почве как сапрофиты на органических остатках или в виде устойчивых покоящихся структур: хламидоспор, склероциев или ооспор, которые могут сохранять жизнеспособность от нескольких недель до многих лет.

Развитие болезни растения происходит только при одновременном совпадении трех обязательных условий, известных как «треугольник болезней». Для этого необходимы: вирулентный патоген, восприимчивый хозяин и благоприятные условия окружающей среды (температура, влажность, кислотность почвы). Отсутствие любого из этих компонентов предотвращает эпифитотию. Данный принцип лежит в основе интегрированных систем защиты растений, которые направлены на контроль одной или нескольких вершин этого треугольника для эффективного снижения вредоносности.

Во всем мире почвенные фитопатогены наносят значительный экономический ущерб во многих агрорегионах. Среди грибов преобладают представители родов Armillaria, Colletotrichum, Fusarium, Gaeumannomyces, Macrophomina, Phoma, Phytophthora, Pythium, Rhizoctonia, Sclerotinia, Sclerotium, Thielaviopsis и Verticillium (рис. 4.14). К распространенным бактериальным патогенам относятся Agrobacterium tumefaciens (возбудитель корневого рака), Pectobacterium carotovorum (ранее Erwinia carotovora) и Plasmodiophora brassicae (возбудитель килы капусты). Эти организмы поражают широкий спектр культур: овощные, зерновые, декоративные растения, а также плодовые деревья и кустарники.

Рис. 4.14 иллюстрирует симптомы заболеваний, вызываемых почвенными патогенами: (а) Растения лука с симптомами фузариозного увядания, вызванного Fusarium oxysporum f. sp. cepae (слева), в сравнении со здоровым растением (справа); (б) Симптомы поражения Rhizoctonia solani на растениях фасоли; (в) Растения кориандра с симптомами, вызванными Fusarium solani f. sp. coriandrii.

Потенциальный ущерб от этих патогенов существенно влияет на агротехнические решения, определяя выбор устойчивых сортов и подвоев, схемы севооборота, плотность посадки, сроки посева, методы обработки семян и необходимость применения агрохимикатов. Эффективная борьба с болезнями требует целостного подхода, основанного на понимании почвенной экосистемы. Ключевым моментом является то, что благоприятные для патогена условия окружающей среды могут быть нейтрализованы присутствием супрессивных микроорганизмов. Поэтому улучшение и поддержание микробиологического статуса почвы через внесение органики, использование сидератов и биопрепаратов является фундаментальной, долгосрочной стратегией защиты растений.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Rebekka Artz, The Macaulay Land Use Research Institute, UK Dimos Anastasiou, Bio4met, Greece Dominique Arrouays, L’Institut National de la Recherche Agronomique, France Ana Catarina Bastos, Cranfield University, UK Anna Bendetti, Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante.

Источник: European Atlas of Soil Biodiversity.

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам биологических и экологических специальностей, почвоведам, экологам-практикам, а также всем, кто интересуется основами почвенного биоразнообразия и функционирования наземных экосистем.