Картофельные цистообразующие нематоды: разрушительные вредители

Картофель (Solanum tuberosum L.) являются важным продуктом питания во всем мире, поскольку они богаты углеводами и содержат значительное количество белка, витаминов и пищевых волокон. Хотя картофель лучше всего растет в умеренном климате, его выращивают более чем в 150 странах. Как и многие сельскохозяйственные культуры, картофель сталкивается с проблемами со стороны множества вредителей и патогенов. Среди них картофельные нематоды (PCN) выделяются как одни из наиболее серьезных вредителей в производстве картофеля.

Два вида PCN, Globodera rostochiensis (Вол.) и Globodera pallida (Камень), представляют собой серьезную угрозу для растений семейства пасленовых. Эти нематоды, возникшие в Андском регионе Южной Америки, распространились по всему миру наряду с картофелем. Первоначальное распространение ПХН, вероятно, было завозом в Европу в 1850-х годах через поставки зараженных семян. Эти поставки были вызваны поиском в Европе устойчивой к фитофторозу зародышевой плазмы после разрушительного ирландского картофельного голода. Лишь в 1881 году было зарегистрировано повреждение PCN, поскольку потребовалось почти три десятилетия, чтобы популяции PCN достигли уровня, необходимого для нанесения заметного ущерба урожаю.

Для создания эффективных решений по борьбе с ПКН важно понимать их жизненный цикл. Оба Г. rostochiensis  и  Г. паллида имеют схожие жизненные циклы. Перед вылуплением ювенильная нематода первой стадии (J1) подвергается первой линьке внутри цисты и становится инфекционной молодью второй стадии (J2). Вылупление из яйца зависит от различных факторов окружающей среды, причем основным триггером являются корневые выделения, выделяемые растениями-хозяевами. Такие экссудаты сигнализируют J2 о том, что поблизости находится жизнеспособный источник пищи. Найдя корень хозяина, J2 прокалывает его и перемещается к перициклу. Внутри этой области J2 выбирает клетку для трансформации в место питания, известное как синцитий. J2 претерпевает три дополнительные линьки, чтобы перейти к взрослой стадии. Во время линьки пол нематоды определяется в зависимости от наличия питательных веществ. Ограниченное количество питательных веществ приводит к образованию мужских PCN, тогда как достаточное количество питательных веществ приводит к образованию женских PCN. Четвертая и последняя линька знаменует переход во взрослую стадию. Самки остаются в корне, продолжая поглощать питательные вещества и увеличиваться в размерах, пока не разорвут кору корня. Самцы выходят из корня, чтобы найти самок, и руководствуются феромонами, вырабатываемыми последними для полового размножения. После оплодотворения самка увеличивается в размерах и со временем погибает в раздутом состоянии. Кутикула нематоды затвердевает, образуя защитную стенку кисты. Цвет кисты позволяет легко отличить вид. Globodera rostochiensis кисты имеют золотисто-желтый цвет, а Г. паллида кисты имеют белый или кремовый цвет.

Внутри кисты сотни нематод J2 развиваются из J1 внутри яиц и ждут сигнала для вылупления. Эти спящие яйца могут сохраняться в почве в течение 20 и более лет без урожая-хозяина. Исключительно длительный период, в течение которого PCN могут выжить без хозяина, создает серьезные проблемы для производителей, поскольку требует тщательного ухода и стратегического планирования для эффективного управления PCN. Типичный севооборот (например, восприимчивый картофель с последующими 3-летними различными культурами, не являющимися хозяевами) эффективен в борьбе со многими другими болезнями, передающимися через почву, но он слишком короток, чтобы существенно снизить уровень популяции PCN.

ПХН могут значительно снизить урожайность картофеля в зависимости от условий окружающей среды, начальной плотности ПХН и выращиваемого сорта. Снижение урожайности вызвано не повреждением клубней, а тем, что нематоды отвлекают необходимые питательные вещества, что нарушает рост растения и снижает продуктивность. По мере того, как нематоды проникают в корни и перемещаются через них, они также наносят физический ущерб, что делает растение восприимчивым к вторичным инфекциям, вызванным другими патогенами. Кроме того, ПХН ухудшают функцию корней, уменьшая удлинение корней и уменьшая поглощение питательных веществ). Это приводит к задержке роста урожая картофеля и пожелтению листьев. Хотя эти симптомы являются признаками PCN, они не характерны только для данного вредителя. Это позволяет им оставаться незамеченными в течение длительного времени. Обычно неравномерное появление симптомов PCN на зараженном поле объясняется неравномерным распределением PCN, поскольку их ограниченная мобильность ограничивает их локализованными очагами. Распространению ПХН обычно способствуют зараженные сельскохозяйственные машины, оборудование или семенной картофель, покрытый зараженной почвой.

Поскольку ПХН могут резко снизить урожайность и с ними трудно бороться, во многих юрисдикциях (например, в США) ПХН классифицируются как карантинные вредные организмы. Это определение обязывает пострадавших производителей соблюдать усиленные фитосанитарные меры для предотвращения дальнейшего распространения и содействия постепенному сокращению и возможному уничтожению популяции нематод.

Существует множество методов борьбы с ПХН, включая использование нематицидов, ловушек и обработки почвы. Поскольку этот обзор сосредоточен на борьбе с использованием устойчивых сортов, мы не будем далее обсуждать другие методы, отметив лишь, что они демонстрируют разные уровни эффективности и что их можно использовать для сокращения популяций PCN либо отдельно, либо в сочетании с развертыванием. устойчивых сортов.

Устойчивые сорта обычно используются в севообороте. Реакция Нью-Йорка на открытие Г. rostochiensis представляет собой историю успеха того, как севообороты могут контролировать ПХН без необходимости длительного использования нематицидов.

Подобно культурам-ловушкам, устойчивые сорта в этом севообороте вызывают вылупление PCN, но практически не позволяют размножаться. Это уменьшает Г. rostochiensis уровень инокулята на 90% или более каждый раз при выращивании устойчивого сорта. Культура, не являющаяся хозяином, еще больше снижает уровень инокулята, в то время как восприимчивый сорт позволяет уровням инокулята увеличиваться, хотя и не до уровня, превышающего тот, который был в начале севооборота. Назначение восприимчивого сорта со временем изменилось. Первоначально он был включен, потому что многим производителям не нравились устойчивые сорта, доступные на момент создания схемы севооборота. В настоящее время поощряется использование восприимчивых сортов, поскольку это помогает замедлить развитие разрушающих устойчивость сортов. Г. rostochiensis штаммы.

Помимо севооборота, штат Нью-Йорк использует другие методы управления для борьбы с ПХН, включая обязательную мытье сельскохозяйственного оборудования перед тем, как оно покинет зараженное поле. Министерство сельского хозяйства США-APHIS обследует почву на зараженных полях после каждого урожая картофеля, чтобы убедиться, что уровень популяции PCN не увеличился до уровня, при котором распространение представляет собой риск. Увеличение численности популяции может указывать на то, что развился штамм, разрушающий устойчивость. В конечном счете, успешное управление Нью-Йорком Г. rostochiensis было возможно только благодаря совместным усилиям селекционеров, нематологов, ученых-экспертов, производителей, а также государственных и федеральных регулирующих органов, которые действовали согласованно, чтобы сдержать вредителя.

Ссылка: EPPO (2024) EPPO Глобальная база данных. https://gd.eppo.int 

Ссылка: Спихалла П. и Де Йонг В.С. (2024). Селекция на устойчивость к картофельным нематодам Solanum tuberosum. Культурная наука, 64, 1167–1182. https://doi.org/10.1002/csc2.21244