УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
ГРНТИ 68.01 Общие вопросы сельского хозяйства
ОКСО 110000 СЕЛЬСКОЕ И РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО
вируса при репродуцировании семенного картофеля с низкой степенью зараженности. Работу выполняли в 2001–2006 гг. в Лаишевском районе Республики Татарстан. В 2001–2003 и 2002–2004 гг. суммарная векторная активность тлей за три года составила соответственно 393 и 310 экв.ед., степень зараженности на конечном этапе достигала 45,8 и 20,8 %. В 2003–2005 и 2004–2006 гг. суммарная векторная активность тлей за три года была выше, чем в предыдущих циклах, в 2,0…2,5 раза (соответственно 785 и 610 экв.ед.), но степень зараженности на конечном этапе составила всего 4,1 % и 1,7 %. В результате исследований обоснована формула расчета и конкретизированы расстояния между больными растениями картофеля в зависимости от степени зараженности семенного материала. При густоте посадки 55 тыс. раст./га она имеет следующий- вид: , где у – расстояние между инфицированными растениями, м; х – степень зара -женности вирусом (при х > 0), %. Зависимость между степенью зараженности посадок и расстоянием между больными растениями обратно пропорциональная. Критическим для семеноводческих посадок можно считать уровень зараженности, равный 1 %. При ее увеличении от 1 до 100 % расстояние между больными растениями сокращается с 4,26 до 0,42 м, что представляет небольшую дистанцию для преодоления крылатыми тлями. Семенной материал с зараженностью близкой к нулю можно безопасно репродуцировать длительное время без риска быстрой реинфекции благодаря значительному для переносчиков расстоянию между источниками инфекции и снижению участия большинства тлей в переносе вирусов. Полученные результаты легли в основу системы семеноводства картофеля и технологии защиты семенного картофеля от реинфекции Y-вирусом в условиях Республики Татарстан
Y-вирус картофеля, интенсивность реинфекции, степень зараженности, векторная активность, расстояние между источниками инфекции
В Постановлении Правительства РФ «Об утверждении Федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства на 2017–2025 годы» важным приоритетом обеспечения продовольственной безопасности Российской Федерации названо формирование отечественной стандартизированной системы выращивания семенного материала на каждом этапе воспроизводства картофеля (от лаборатории до категории элита). Среди основных задач, требующих решения, названы, в том числе создание условий для технологического обновления производства семенного картофеля на основе результатов исследований российских ученых, разработка и освоение технологий производства семенного картофеля высших категорий (оригинальных и элитных) [1]. При этом для сохранения высокого качества посадочного материала при размножении от тепличных миниклубней до первой полевой репродукции необходимо знать закономерности повторного заражения оздоровленного материала наиболее распространенным и вредоносным в условиях региона Y-вирусом картофеля.
Поведение переносчиков – важный элемент патосистем вирусов растений, но их влияние на эпидемии, вызываемые этими возбудителями, малоизвестно. В 1993 г. была предпринята попытка моделирования процесса распространения PVY тлями, по итогам которой автор сделал вывод, что в связи со сложностью сельскохозяйственных систем необходимо больше экспериментальных данных [2]. В недавних исследованиях [3] для прогнозирования зараженности PVY в конце вегетационного периода использовали графические модели, имитирующие распространение PVY на картофельном поле, на примере которых изучали эффективность передачи вируса в зависимости от начальной степени зараженности, поведения и численности переносчиков, сроков их пиковой активности. Моделирование подтвердило, что при посадке семян картофеля с низкой степенью зараженности PVY ее рост к концу сезона меньше, чем при высокой. Однако при наличии достаточно эффективных переносчиков значительное распространение PVY может произойти даже при низкой начальной зараженности вирусом.
Наш подход к решению проблемы вирусной реинфекции PVY отличался тем, что мы отталкивались от фактических результатов, полученных в процессе производственного размножения на больших площадях. В опытном производстве мы наблюдали низкий коэффициент реинфекции оздоровленного материала при низком 0…0,5 % уровне его исходной зараженности, несмотря на высокую векторную активность крылатых тлей – переносчиков Y-вируса [4].
Цель исследований – обосновать снижение
реинфекции Y-вируса на семенном картофеле при низкой степени зараженности материала для усовершенствования технологии производства семян высшей категории в условиях региона.
Условия, материалы и методы исследований. Для достижения поставленной цели было проведено сравнительное изучение четырех трехлетних (2001–2003 гг., 2002–2004 гг., 2003–2005 гг., 2004–2006 гг.) циклов семеноводства от первого полевого поколения до супер-суперэлиты и суперэлиты (ПП1-ССЭ-СЭ).
Оздоровленные тепличные миниклубни выращивали в защищенном грунте в отделе сельскохозяйственной биотехнологии ТатНИИСХ. Питомники полевого размножения располагались в Лаишевском районе в условиях пространственной изоляции на расстоянии 2…5 км от населенных пунктов Сокуры и Кабаны. Семенной материал выращивали с соблюдением всех рекомендованных защитных мероприятий от заражения болезнями, вредителей и крылатых тлей (регулярно обрабатывали инсектицидами и фунгицидами). Скрытую зараженность растений картофеля определяли в лаборатории ТатНИИСХ методом иммуноферментного анализа (ИФА) с использованием диагностических наборов фирмы Биореба (Швейцария). Коэффициент реинфекции (КР) вычисляли отношением послеуборочной величины этого показателя в репродукции к предпосадочной. Векторную активность крылатых особей тлей определяли от появления всходов до удаления ботвы картофеля. Количество отловленных экземпляров каждого вида тли умножали на соответствующий коэффициент вредоносности, полученные результаты суммировали [5]. Критический порог (КП) численности крылатых тлей принят равным 50 экв. ед. [6], что соответствует 50 экземплярам персиковой тли с коэффициентом вредоносности 1. Статистическую обработку результатов проводили по методике Лакина Г.Ф. [7].
Анализ и обсуждение результатов исследований. В 2001–2003 и 2002–2004 гг. суммарная векторная активность тлей за три года составила соответственно 393 и 310 экв.ед., степень зараженности на конечном этапе достигала 45,8 и 20,8 %. В 2003–2005 и 2004–2006 гг. суммарная векторная активность тлей за три года была выше, чем в предыдущих циклах, в 2,0…2,5 раза (соответственно 785 и 610 экв.ед.), но степень зараженности на конечном этапе составила всего 4,1 % и 1,7 %. Также можно отметить, что в третьем цикле семеноводства (2003–2005 гг.) векторная активность тлей была очень высокой
(215 экв.ед.) уже в год производства ПП1, а
зараженность оставалась на нулевом уровне, в четвертом цикле (2004–2006 гг.) на второй год выращивания ССЭ векторная активность достигала 525 экв.ед., но зараженность оставалась на сравнительно низком уровне 1,7 %.
В исследованиях зарубежных коллег [3] было показано, что при высокой численности популяции эффективных переносчиков YВК, значительное распространение вируса происходило даже если исходная зараженность была низкой. Наши результаты дают возможность сделать другой вывод.
Начальная степень заражения вирусом миниклубней в двух первых циклах составляла 5,2 и 2,2 %, в двух последних – нулевая. На основании этого было сделано предположение о том, что интенсивность увеличения зараженности семенного картофеля зависит не только от векторной активности тлей, но и в значительной степени от первоначальной зараженности материала. Вероятность посещения тлями инфицированных растений должна снижаться пропорционально увеличению расстояния между ними. По мере уменьшения степени зараженности положительная взаимосвязь между численностью тлей и ее нарастанием должна теряться, так как большая часть крылатых особей будет летать над здоровыми растениями. Кроме того, чем ниже степень зараженности материала, тем больше расстояние между инфицированными растениями, а это так же означает уменьшение зависимости роста зараженности вирусами от векторной активности переносчиков.
В связи с этим предположением возникла необходимость визуализации пространственного расположения источников инфекции в разных по степени зараженности вирусом семенных посадках картофеля. Для этого было сделано теоретическое допущение, что больные растения рассеяны в поле равномерно. Следовательно, участок можно разбить на квадраты, в центре каждого из которых находится одно инфицированное растение. Размеры квадратов будут зависеть от степени зараженности посадочного материала. При зараженности 1 % это будет квадрат из 100 растений, 2 % – из 50 растений и так далее. Площадь квадратов при соответствующей степени зараженности будет равна площади под одним растением, перемноженной на число растений в квадрате. Например, при зараженности 2 % и густоте посадки 55 тыс. раст./га площадь, занимаемая 50 растениями, составит S = 100×10000/2×55000 м2. Сторона квадрата, равная расстоянию между инфицированными растениями в его центре, будет равна квадратному корню из величины его площади. При густоте посадки 55 тыс. раст./га и зараженности вирусом >0 формула примет следующий вид:
где у – расстояние между инфицированными растениями, м;
х – степень зараженности вирусом, %.
Расчеты, проведенные по этой формуле, показали, что при полной зараженности
(100 %) расстояние между больными растениями составит 0,42 м. Зависимость между степенью зараженности посадок и расстоянием между больными растениями обратно пропорциональная и в графическом виде представляет собой гиперболу. Особенность этой зависимости заключается в том, что при снижении зараженности в интервале целых чисел от 100 до 1 % расстояние меняется – от 0,42 до 4,26 м. После того, как степень зараженности становится меньше 1 % и приближается к нулю, оно может увеличиваться с 4,26 м теоретически до бесконечности. Таким образом, на наш взгляд, 1 %-ный уровень зараженности следует считать критическим.
Согласно действующему ГОСТ 33996-2016, допустимые уровни зараженности YВК для первого полевого поколения – 0,5 %, для супер-суперэлиты – 1,0 %, для суперэлиты и элиты – 10 %, то есть расстояние между больными растениями в среднем составляет 6,00, 4,26 и 1,35 м соответственно. Вероятно, что начиная с 1 %-ного уровня зараженности, они становятся преодолимыми для тлей в поисковых перелетах, поэтому риск реинфекции семенного материала Y-вирусом картофеля возрастает. При увеличении расстояния между зараженными растениями он значительно снижается.
Обобщая предыдущие и вновь полученные результаты, можно сделать вывод, что динамика интенсивности реинфекции Y-вирусом картофеля при репродуцировании материала меняется в зависимости от соотношения степени зараженности и векторной активности тлей. На начальном этапе, при наличии единичных источников заражения, интенсивность реинфекции практически не зависит от векторной активности тлей. По мере увеличения количества больных растений, возникает прямо пропорциональная зависимость вирусной реинфекции от векторной активности тлей. Затем она опять снижается в связи с неперсистентностью вируса и наложением заражений на одни и те же ближайшие к источнику инфекции растения [8].
Высказанную гипотезу косвенно подтверждают следующие факты. В Республике Татарстан векторная активность тлей в половине из 14 изученных лет превышала критический порог, причем в отдельные годы это происходило очень рано – до формирования хозяйственно значимого урожая. Несмотря на это, семеноводческие хозяйства производили суперэлиту высокого уровня оздоровления.
Выводы. В результате исследований выведена формула расчета и конкретизированы расстояния между больными растениями картофеля в зависимости от степени зараженности семенного материала. При густоте посадки 55 тыс. раст./га она имеет следующий вид:
где у – расстояние между инфицированными растениями, м;
х – степень зараженности вирусом (при x>0), %.
Зависимость между степенью зараженности посадок и расстоянием между больными
растениями обратно пропорциональная, в графическом виде представляет собой гиперболу.
Критическим для семеноводческих посадок можно считать уровень зараженности, равный 1 %. При ее увеличении от 1 до 100 %, расстояние между больными растениями сокращается с 4,26 до 0,42 м, что представляет небольшую дистанцию для преодоления крылатыми тлями.
Таким образом, семенной материал с зараженностью близкой к нулю, можно безопасно репродуцировать длительное время без риска быстрой реинфекции благодаря значительному для переносчиков расстоянию между источниками инфекции и снижению участия большинства тлей в переносе вирусов. Полученные результаты легли в основу системы семеноводства картофеля и технологии защиты семенного картофеля от реинфекции
Y-вирусом в условиях Республики Татарстан.
Сведения об источнике финансирования. Работа выполнена в рамках государственного задания: Мобилизация генетических ресурсов растений и животных, создание новаций, обеспечивающих производство биологически ценных продуктов питания с максимальной безопасностью для здоровья человека и окружающей среды. Номер регистрации: АААА-А18118031390148-1.
1. Постановление Правительства РФ от 25.08.2017 N 996 (ред. от 28.05.2020) "Об утверждении Федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства на 2017 - 2025 годы". Информационный банк «Российское законодательство (Версия Проф)»
2. Nemecek T. The Role of Aphid Behaviour in the Epidemiology of Potato Virus Y. Diss. ETH No. 10086 Doctor of Technical Sciences. Zurich, 1993.
3. Simulation modelling of potato virus Y spread in relation to initial inoculum and vector activity/ A. Galimberti, A. Alyokhin, H. Qu, et al. // Journal of Integrative Agriculture. 2020. 19(2). P.376-388.
4. Замалиева Ф.Ф. Биологическое обоснование защиты от заражения вирусами оздоровленного семенного картофеля в Республике Татарстан. Дисс.д.с-х.наук. С.-Пб., 2009. 272 с.
5. Банадысев С.А. Семеноводство картофеля: Организация, методы, технологии. Минск: Наука, 2003. 325с.
6. Der Blattlausbefallsflug in AbhÄngigkeit von Flugpopulation und witterungsbedingter AgilitÄt in Kartoffel-Abbau- und Hochzuchtlagen / H.J. Muller, K. Unger, K. Neitzel, et al. // Biol. Zentralbl. 1959. №78. P.341-383.
7. Лакин Г.Ф. Биометрия: учебное пособие / 4-е изд., перераб. и доп. М.: Высш.шк, 1990. 352 с.
8. Замалиева Ф.Ф. Реинфекция Y-вируса на семенном картофеле в условиях Среднего Поволжья // Вестник Казанского ГАУ. 2020. Т.15. №2 (58). С.10-13.
