Эффективность использования Stagonospora cirsii S-47 против осота полевого на посадках картофеля

Развитие биологического метода борьбы с вредными организмами — важнейшее направление совершенствования защиты растений последних десятилетий. Однако кроме очевидных успехов, которых удалось добиться в отношении использования энтомофагов в тепличном растениеводстве, а также продуктов микроорганизмов, составляющих основу инсектицидных и фунгицидных препаратов, приходится признать некоторое отставание, связанное с применением этого метода в борьбе с сорными растениями (1). Для развития этого направления необходимы испытания новых разработок с учетом потребностей рынка и сложившегося к настоящему времени ассортимента гербицидов. На наш взгляд, картофель ( Solanum tuberosum L.) — это одна из наиболее перспективных культур для практического внедрения на ее посадках биологических и биорациональных гербицидов. Она широко возделывается и востребована у населения Российской Федерации, а на рынке представлено значительное количество химических средств защиты этой культуры (2).

Современный ассортимент гербицидов для защиты картофеля от сорных растений может быть условно разделен на группы в зависимости от вредных объектов, с которыми они позволяют бороться. Узко специфичные противозлаковые гербициды на основе клетодима, квизалофоп-П-тефу-рила, флуазифоп-П-бутила и хизалофоп-П-этила позволяют эффективно контролировать однолетние и многолетние злаковые сорняки в посадках картофеля (3, 4). К самой многочисленной группе относятся препараты, предназначенные для борьбы с однолетними двудольными и однолетними злаковыми сорными растениями, на основе метрибузина, прометрина, про-сульфокарба, флурохлоридона, кломазона и диквата (5-10). Наиболее широким спектром действия обладают препараты на основе римсульфурона. Они могут оказывать влияние как на однолетние и многолетние злаковые, так и на некоторые двудольные виды сорных растений (11, 12).

Анализ ассортимента современных средств защиты картофеля от сорняков позволяет сделать вывод о том, что вакантным направлением для внедрения в него биопрепаратов остается контроль многолетних корнеотпрысковых сорных растений, таких как осот полевой Sonchus arvensis L. и бодяк полевой Cirsium arvense (L.) Scop. (2).

Обычно для борьбы с такими видами применяют гербициды на основе глифосата (13), но использование этих препаратов возможно лишь в послеуборочный период (в конце лета или осенью) на полях, предназначенных под посадку картофеля, или после посадки (за 2-5 сут до появления всходов культуры). То есть это превентивная мера, что не вполне соответствует современным представлениям об экологическом направлении развития защиты растений. В настоящее время также необходимо принимать во внимание ограничения в использовании глифосата (14).

В связи с этим представляется актуальной разработка биологических средств борьбы с многолетними двудольными сорными растениями, в частности с осотом полевым, в посадках картофеля.

Для борьбы с сорными растениями могут быть использованы их патогены либо разнообразные природные фитотоксины (15, 16). Например, для подавления корнеотпрысковых сорных растений бодяка полевого и осота полевого перспективны штаммы гриба Stagonospora cirsii J.J. Davis, выделенные из соответствующих растений-хозяев, и его фитотоксины (17, 18). Однако полевые испытания их эффективности еще не проводились.

В лабораторных опытах было показано, что измельченный глубинный мицелий S. cirsii C-163 более эффективно заражает листья бодяка полевого, чем конидии (19). Была подобрана жидкая питательная среда с использованием соевой муки в качестве источника азота и установлена длительность культивирования этого гриба, которые позволяют значительно повысить патогенность мицелия (20, 21).

Установлено, что штаммы S. cirsii C-163 и S-47 служат продуцентами фитотоксичных десятичленных лактонов стагонолида A и гербарумина I в технологически значимых количествах. Предположительно они отвечают за гербицидную активность S. cirsii (22, 23). В качестве вероятного механизма действия стагонолида А рассматривается ингибирование фотосинтеза у чувствительных растений (24), тогда как гербарумин I предположительно ингибирует фосфодиэстеразу цАМФ (25).

В настоящей работе впервые показана возможность использования штамма Stagonospora cirsii S-47 для борьбы с осотом полевым в условиях мелкоделяночного опыта.

Целью настоящего исследования стала оценка эффективности применения Stagonospora cirsii S-47 в виде измельченного мицелия против растений осота полевого на посадках картофеля.

Методика. Полевые мелкоделяночные опыты проводили в течение вегетационных периодов 2020 и 2021 годов на опытном поле Всероссийского НИИ защиты растений (ФГБНУ ВИЗР, Ленинградская обл.; 59,74 ′ N, 30,42 ′ E).

Опыты закладывали на посадках картофеля ( Solanum tuberosum L.) сорта Невский, относящегося к группе среднеранних сортов, с товарной урожайностью 380-500 ц/га. Почва участка была типичной для Северо-Западного региона — дерново-подзолистая, суглинистая, с содержанием гумуса в пахотном слое 3-4 %, рН 6,3. Обработка почвы осенью заключалась в проведении вспашки, а в весенний период участок дисковали, культивировали и нарезали борозды. Норма посадки клубней составляла 25 ц/га. Удобрения не вносили.

Для исключения влияния нецелевых объектов на результаты опыта до всходов растений картофеля проводили фоновую обработку опытного участка гербицидом Гезагард, КС (2,0 л/га) (ООО «Сингента», Россия) против однолетних двудольных и злаковых сорняков.

В работе использовали штамм S. cirsii S-47 из коллекции лаборатории фитотоксикологии и биотехнологии ВИЗР. Штамм хранили в пробирках на скошенном картофельно-глюкозном агаре при 4 ° С. Для глубинного культивирования S. cirsii применяли жидкую сахарозо-соевую питательную среду (СС) следующего состава: сахароза — 60 г/л, соевая мука — 15 г/л, К 2 НРО 4 — 1 г/л, MgSО 4 •7H 2 О — 0,5 г/л, KCl — 0,5 г/л, рН 6,0. Посевной материал получали посредством культивирования гриба на среде СС в течение 3 сут в конических колбах объемом 500 мл с 100 мл среды на орбитальной качалке при 180 об/мин и 24 ° С. Для выращивания биомассы S. cirsii S-47 использовали стеклянный ферментер с рабочим объемом 5 л («Applikon Biotechnology», Голландия) с системой управления процессами ez-Control и программным обеспечением BioXpert. Ферментационную среду (4,8 л) инокулировали 200 мл посевной культуры, полученной на среде СС. Параметры ферментации были следующими: температура — 24 ° С, скорость подачи воздуха — 5 л/мин, скорость перемешивания — 200 об/мин в течение 2 сут и 400 об/мин до завершения процесса ферментации. Пеногаситель (рафинированное подсолнечное масло, 1 % от объема среды) добавляли в среду до посева гриба. Через 6 сут культивирования сырую биомассу отделяли от культуральной жидкости центрифугированием при 4000 об/мин

(центрифуга SL40, «Thermo FS», США) и взвешивали. Выход сырой биомассы составил примерно 200 г/л. К сырому мицелию добавляли 0,01 % раствор Tween 80 до концентрации 50 г/л и измельчали при помощи блендера (MaxoMixx, «Bosch», Германия) в течение 1 мин. До начала эксперимента измельченный биоматериал хранили без потери жизнеспособности 5 сут при 5 ° С.

Обработку посадок картофеля проводили с помощью ручного ранцевого опрыскивателя RESISTENT 3610 («MESTO Spritzenfabrik Ernst Stockburger GmbH», Германия) в соответствии со схемой опыта. Для полного покрытия растений препаратом и обеспечения достаточной влаги для заражения осота полевого использовали повышенную норму расхода жидкости — 2000 л/га (100 кг сырого мицелия/га). Для применения совместно с гербицидом расход жидкости и норму применения препарата снижали до 1000 л/га (50 кг мицелия/га).

В качестве эталона использовали гербицид Агритокс, ВК (1,2 л/га; «Nufarm GmbH & Co KG», Австралия), содержащий 500 г/л МЦПА (2-ме-тил-4-хлорфеноксиуксусная кислота) в форме смеси диметиламинной, калиевой и натриевой солей. Выбор эталона был обусловлен тем, что это действующее вещество используют в борьбе с вредными двудольными сорняками (в том числе многолетними корнеотпрысковыми, к которым относится осот полевой) на сенокосных угодьях и пастбищах, и оно уже было задействовано в качестве эталона в опытах с микогербицидами (26, 27). Важная особенность гербицида Агритокс, ВК заключается в том, что на посадках картофеля полной гибели осота от этого гербицида, как правило, не наблюдается (ввиду меньшей нормы применения, обусловленной разрешенным регламентом). Это дало возможность не создавать слишком жесткие условия для оценки биопрепарата, поскольку использование патогенов в борьбе с сорными растениями в реальных полевых условиях по эффективности, как правило, существенно уступает применению химического метода. Компенсировать этот недостаток позволяет совместное использование биологического и химического методов. Такая технология предполагает комплексное внесение патогенов с гербицидами, для чего необходимо проведение опытов по их совместному внесению в полевых условиях. Руководствуясь таким подходом, мы дополнили схему опыта вариантом с применением 50 кг/га Stagonospora cirsii в баковой смеси с 0,6 л/га гербицида Агритокс, ВК.

В целом схема опыта включала следующие варианты: 1 — S. cirsii S-47 (50 кг/га; расход рабочей жидкости 1000 л/га), 2 — S. cirsii S-47 (100 кг/га; 2000 л/га), 3 — S. cirsii S-47 + Агритокс, ВК (50 кг/га + 0,6 л/га; 1000 л/га), 4 — Агритокс, ВК (0,6 л/га; 300 л/га), 5 — Агритокс, ВК (1,2 л/га; 300 л/га), 6 — контроль (без обработки).

Через 14 сут после обработки проводили реизоляцию фитопатогена в чистую культуру, чтобы убедиться, что симптомы поражения вызваны S. cirsii , а не природной инфекцией. Во время обработки высота ботвы растений картофеля составляла 10-15 см, а растения осота полевого находились в фазах от розетки до стеблевания, высотой не превышая 10 см. Учеты проводили количественно-весовым методом через 14 и 28 сут после обработки, на четырех учетных площадках размером 0,25 м² на каждой делянке опыта в соответствии с «Методическими указаниями по регистрационным испытаниям гербицидов в сельском хозяйстве» (28) и «Методическими рекомендациями по проведению регистрационных испытаний гербицидов» (29) .

Биологическую эффективность (БЭ) рассчитывали по формуле:

БЭ = (К - О)/К х 100 %, где К — число (сырая масса) растений осота полевого в контроле, экз/м2 (г/м2); О — число (сырая масса) растений осота полевого в варианте с обработкой, экз/м2 (г/м2).

Учет урожая картофеля осуществляли вручную с каждой делянки опыта.

Статистическую обработку данных проводили в программе Microsoft Excel. На основании полученных данных вычисляли среднее значение выборки ( М ) и стандартное отклонение средней (± SEM ). Данные об урожае обрабатывали однофакторным дисперсионным анализом (критерий F ) с расчетом НСР 05 .

Результаты. Метеорологические условия в оба года проведения опытов в целом были более жаркими и засушливыми по сравнению со среднемноголетними (табл. 1). Однако в 2020 году температура воздуха в вегетационный период оказалась лишь на 7 % выше среднемноголетнего значения, а влажность воздуха — на 8 % ниже. Показатели в 2021 году отличались от среднемноголетних значений сильнее: температура была выше на 21 %, влажность воздуха — ниже на 16 %, количество осадков — ниже на 23 %. Все это оказало непосредственное влияние на результаты опытов: действие S. cirsii S-47 на растения осота полевого в первый год было значительно более сильным, чем во второй.

1. Метеорологические условия в период проведения опытов по оценке эффективности применения мицелия Stagonospora cirsii S-47 против растений осота полевого ( Sonchus arvensis L.) на посадках картофеля ( Solanum tuberosum L.) сорта Невский (Ленинградская обл.)

Месяцы и декады

Показатель	май			июнь			июль			август
	I	II	III	I	1 II	III	I	II	III	I	1 II	1 III
Температура воздуха, С:
средняя многолетняя	8,5	11,1	12,3	14,3	15,7	16,6	17,3	17,8	17,9	17,2	16,0	14,4
2020 год	9,1	6,5	11,8	16,1	19,8	20,1	17,1	17,4	16,6	18,2	16,0	16,1
2021 год Осадки, мм:	5,7	17,6	11,4	18,0	19,8	24,2	23,4	24,2	19,6	17,3	18,0	13,9
средние многолетние	10,3	12,2	14,7	13,8	17,0	24,5	22,1	21,2	22,7	24,2	20,4	24,8
2020 год	7,0	27,6	8,8	13,6	8,5	10,0	17,6	5,3	43,9	15,5	0,3	78,7
2021 год Влажность воздуха, %:	45,0	40,9	38,1	0,0	5,8	19,6	7,9	10,1	25,9	87,4	51,6	27,2
средняя многолетняя	67	73	71	66	68	71	72	74	76	77	79	82
2020 год	58	68	52	68	62	56	70	67	75	73	67	77
2021 год	73	60	69	51	55	61	52	54	59	74	71	80

В оба года предшественником для картофеля был участок под паром, что позволило выполнять опыты при существенной засоренности осотом полевым: число растений этого вида при отсутствии обработок достигало 24 экз/м2 в 2020 году и 32 экз/м2 в 2021 году.

Через 4 сут после обработки опытного участка препаратами начинало проявляться действие S. cirsii S-47. На начальном этапе на листьях сорных растений появлялись округлые пятна желтого и бурого цвета. С течением времени число пятен увеличивалось, и они сливались, охватывая край листовой пластинки, что приводило к отмиранию листьев (рис. 1, А). Вследствие такого действия S. cirsii S-47 уменьшение массы растений осота по отношению к контролю было более выраженным, чем снижение числа сорных растений, что подтвердилось результатами учетов, проведенных позднее (через 14 и 28 сут).

Визуально различимые симптомы действия химического препарата на основе МЦПА на растения осота полевого обнаруживали позднее, на 710-е сут после обработки. Они заключались в поражении точек роста и скручивании верхних частей стеблей. Поврежденные МЦПА растения осота заметно отставали в росте от растений в контроле. Среди последних к первому учету массы обнаруживались экземпляры, достигшие фазы бутонизации и цветения (см. рис. 1, Б).

Рис. 1. Растения осота полевого ( Sonchus arvensis L.) в посадках картофеля ( Solanum tuberosum L.) сорта Невский через 14 сут после проведения защитных мероприятий : А — Stagonospora cirsii (50 кг/га) + Агритокс, ВК (0,6 л/га); Б — контроль (без обработки) (Ленинградская обл., 14 июля 2020 года; мелкоде-ляночные опыты).

Фитоэкспертиза отобранных листьев показала, что из пораженных листьев Stagonospora cirsii реизолировался, а из контрольных — нет.

Результаты учетов, выполненных нами в оба года исследований, продемонстрировали снижение (р < 0,05) числа и массы растений осота полевого во всех вариантах опытов по сравненною с необработанным контролем (табл. 2). Исключением оказалось только число растений осота через 28 сут после обработки 50 кг/га S. cirsii S-47 в 2020 году.

В условиях вегетационного периода 2020 года применение 50 кг/га S. cirsii S-47 обеспечивало биологическую эффективность по снижению массы растений осота полевого на 53,9-59,2 % и числа экземпляров этого сорного растения — на 37,5-39,1 % (см. табл. 2). Действие 50 кг/га S. cirsii S-47 на массу сорных растений было сопоставимо с биологической эффективностью гербицида Агритокс, ВК в количестве 0,6 л/га, но уступало эталону при сравнении числа растений осота полевого.

2. Биологическая эффективность (БЭ) измельченного мицелия Stagonospora cirsii S-47 против растений осота полевого ( Sonchus arvensis L.) на посадках картофеля ( Solanum tuberosum L.) сорта Невский ( М ±SEM, N = 4; Ленинградская обл., 2020-2021 годы; мелкоделяночные опыты)

Вариант	Время после обработки, сут	Число растений осота полевого				Масса растений осота полевого
		экз/м2		БЭ, %		г/м2		БЭ, %
		2020	2021	2020	2021	2020	2021	2020	2021
1-й	14	14±3,0	24±1,9	39,1	20,0	173,2±64,0	265,0±104,3	59,2	43,5
	28	15±3,9а	25±1,2	37,5	21,9	244,2±58,6	453,2±142,1	53,9	44,0
2-й	14	12±1,9	19±2,9	47,8	36,7	158,4±34,0	105,4±21,0	62,6	77,5
	28	11±2,2	21±3,5	54,2	34,4	179,9±34,5	243,0±51,6	66,0	70,0
3-й	14	11±1,2	22±3,0	52,2	26,7	134,1±31,2	247,9±70,5	68,4	47,1
	28	11±3,9	18±4,0	54,2	43,8	128,7±29,1	242,4±88,5	75,7	70,1
4-й	14	12±2,7	23±2,2	47,8	23,3	199,7±58,7	229,7±64,1	52,9	51,0
	28	11±2,2	22±3,0	54,2	31,3	229,9±20,4	326,0±63,4	56,6	59,8
5-й	14	11±2,2	15±3,5	52,2	50,0	150,6±16,7	110,3±35,2	64,5	76,5
	28	10±3,0	16±3,8	58,3	50,0	192,4±53,4	203,3±75,8	63,7	74,9
6-й	14	23±4,8	30±3,0			424,0±20,4	469,0±61,4
(контроль)	28	24±7,3	32±1,9			529,8±184,4	810,0±56,1

Примечани е. Описание вариантов опыта см. в разделе «Методика». Размер учетных площадок — 0,25 м2. Во всех вариантах обработок различия с контролем (кроме значения, отмеченного буквой а) были статистически значимыми (р < 0,05), достоверные различия между вариантами обработок отсутствовали.

Двукратное увеличение нормы применения микогербицида способствовало повышению его БЭ по действию на количество растений осота полевого в среднем на 13 %, по действию на массу — на 8 %, что было сопоставимо с эффективностью 1,2 л/га гербицида Агритокс, ВК.

Использование 50 кг/га мицелия S. cirsii S-47 в смеси с 0,6 л/га препарата Агритокс, ВК было эффективнее, чем применение микогербицида в чистом виде, в среднем на 15 % (по действию и на число, и на массу сорных растений). В этом варианте снижение числа растений осота полевого через 28 сут после обработки составляло 54,2 % (как и в вариантах с раздельным использованием 100 кг/га S. cirsii S-47 и 0,6 л/га гербицида Агритокс, ВК), тогда как снижение массы сорных растений достигало 75,7 %, что было выше БЭ при применении 0,6 л/га гербицида в чистом виде.

В экстремально жарких и засушливых условиях вегетационного сезона 2021 года микогербицид слабее действовал на растения осота полевого (см. табл. 2). При норме применения 50 кг/га в чистом виде он снижал их число на 20,0-21,9 %, массу — менее чем на 44 %, что мало отличалось от БЭ гербицида Агритокс, ВК, использованного в количестве 0,6 л/га. Увеличение нормы применения S. cirsii S-47 до 100 кг/га значительно повышало его эффективность: по действию на число сорных растений — до 36,7-37,5 %, по действию на их массу — до 70,0-77,5 %. Такую же БЭ отмечали у препарата Агритокс, ВК при норме применения 1,2 л/га.

Баковая смесь 50 кг/га мицелия S. cirsii S-47 с 0,6 л/га Агритокс, ВК действовала на растения осота полевого постепенно. При первом учете через 2 нед после обработки показатели снижения числа и массы сорных растений статистически соответствовали БЭ при раздельном использовании 50 кг/га мицелия S. cirsii S-47 и 0,6 л/га гербицида. Через 4 нед после обработки эффективность баковой смеси повысилась до БЭ от применения 100 кг/га S. cirsii S-47 и 1,2 л/га гербицида в чистом виде.

Рис. 2. Урожайность картофеля ( Solanwm tuberosum L.) сорта Невский после проведения защитных мероприятий против растений осота полевого ( Sonchus arvensis L.) в 2020 (а) и 2021 годах (б) : 1 — обработка Stagonospora cirsii S-47 (50 кг/га; расход рабочей жидкости 1000 л/га), 2 — S. cirsii S-47 (100 кг/га; 2000 л/га), 3 — S. cirsii S-47 + Агритокс, ВК (50 кг/га + 0,6 л/га; 1000 л/га), 4 — Агритокс, ВК (0,6 л/га; 300 л/га), 5 — Агритокс, ВК (1,2 л/га; 300 л/га), 6 — контроль (без обработки). НСР 05 2020 год = 16,0 ц/га, НСР 05 2021 год = 26,4 ц/га ( М ±SEM, N = 4, размер учетных площадок — 0,25 м²; Ленинградская обл., 2020-2021 годы; мелкоделя-ночные опыты).

Несмотря на подавление растений осота полевого и проведение фоновой обработки против других видов однолетних двудольных и злаковых сорных растений, растения картофеля не смогли полностью реализовать по- тенциал урожайности, предусмотренный сортовыми характеристиками, в первую очередь из-за существенного зарастания опытного участка однолетними сорняками к концу вегетационного периода. Тем не менее в условиях 2020 года в свободном от обработок контроле урожайность картофеля составила 116,0 ц/га (рис. 2). Использование микробиологического и химического препаратов способствовало увеличению урожайности культуры на 4,7-10,1 %. Статистически значимым (р < 0,05) было увеличение урожайности в вариантах с применением 100 кг/га мицелия S. cirsii S-47 и 1,2 л/га гербицида Агритокс, ВК по отдельности. В 2021 году урожайность картофеля в контроле составила 110,5 ц/га. В обработанных вариантах она увеличилась на 6,8-8,3 %, однако статистически значимых различий между опытными вариантами и контролем выявлено не было.

Полученные результаты позволяют предположить, что S. cirsii S-47 представляет определенный интерес для разработки на его основе микогербицида против осота полевого в посадках картофеля. При этом, как и зарубежные исследователи, мы получили данные, свидетельствующие о предпочтительности использования агента биологического контроля в сочетании с химической обработкой (30-33). В наших опытах совместное использование микробиологического и химического препаратов позволило двукратно снизить норму применения гербицида Агритокс, ВК, содержащего 500 г/л МЦПА, без потери его эффективности. Это особенно важно в условиях кислых почв, распространенных на северо-западе Российской Федерации. Установлено, что деградация МЦПА в кислых почвах затруднена (34), что усугубляет неблагоприятное воздействие использования этого действующего вещества на окружающую среду, а в перспективе может приводить к ингибированию развития растений, усилению токсичности почвы и загрязнению поверхностных и грунтовых вод (35, 36).

Важным результатом проведенных исследований также было выявленное нами снижение эффективности Stagonospora cirsii в условиях сухой и жаркой погоды. Ранее аналогичные тенденции отмечали зарубежные исследователи в отношении Phoma herbarum Westend, Sclerotinia minor Jagger, Phytophthora palmivora Butler и Colletotrichum gloeosporioides Penzig (37-39).

Таким образом, в отсутствие экстремальных погодных условий внесение 50 кг/га мицелия Stagonospora cirsii S-47 существенно (на 53,9-59,2 %) снижало массу растений осота полевого в посадках картофеля сорта Невский. Однако гриб, как правило, не обеспечивал полной гибели сорного растения, чем уступал гербициду Агритокс, ВК в дозе 0,6 л/га. Двукратное увеличение нормы применения S. cirsii S-47 приводило к усилению его действия на число растений осота полевого в среднем на 13 %. Использование S. cirsii S-47 совместно с 0,6 л/га Агритокс, ВК позволило повысить эффективность обработки по действию и на число, и на массу растений осота полевого в среднем на 15 % по сравнению с применением только гербицида (без S. cirsii S-47). Это давало возможность сократить количество вносимого препарата в 2 раза без снижения эффективности подавления растений осота полевого. Прибавки урожайности картофеля сорта Невский после осуществления защитных мероприятий составляли от 4,7 до 10,1 %. Эффективность S. cirsii S-47 находилась в сильной зависимости от погодных условий в период проведения опыта, особенно во время обработки. Для обеспечения максимального эффекта от использования микогербицида его не следует применять в засушливых условиях (при недостатке увлажнения и высоких температурах).