Особенности видового состава патогенных грибов рода Fusarium в биоценозах кукурузы Воронежской области

Кукуруза относится к основным культурам современного мирового земледелия. Она стоит на первом месте по валовым сборам зерна и на втором – по посевным площадям, уступая лишь основной хлебной культуре земного шара – пшенице. Одна из актуальных задач аграрного производства – проблема увеличения валового сбора зерна и зеленой массы кукурузы. Высокая потенциальная урожайность очень часто остается нереализованной вследствие развития болезней, прямые потери от которых оцениваются в 20–50 %. Цель настоящей работы – изучение видового состава микромицетов на растениях кукурузы, собранных в разные фазы вегетации в мае-июле 2020 г. в Воронежской области, идентификация фитопатогенных грибов из рода Fusarium, выявление патогенных и фитотоксичных штаммов грибов рода Fusarium для пополнения коллекции Всероссийского научно-исследовательского института фитопатологии. Сохранение инфекционного материала грибов из рода Fusarium имеет немаловажное значение для фитопатологических, иммунологических, селекционных, генетических и токсикологических исследований. В результате проведенного микологического анализа обнаружено большое количество изолятов грибов из родов Fusarium, Aspergillus, Cladosporium, Curvularia, Penicillium, Rhizopus, Periconia, Pythium, Trichothecium и др., выделенных из пораженных корней, стеблей и початков кукурузы в Воронежской области в 2020 г. Изоляты грибов из семи таксономических групп: Fusarium fujikuroi Nirenberg (F. moniliforme, F. verticillioides), Fusarium oxysporum Schltdl., Fusarium culmorum (Wm.G. Sm.) Sacc., Fusarium graminearum Schwabe, Fusarium heterosporum Nees & T. Nees (F. lolii ), Fusarium roseum Link (F. sambucinum), Fusarium sporotrichioides Sherb., были проверены по патогенности и фитотоксичности на всходах растений-тестеров. Показано, что патогенная и фитотоксичная активность у грибов как между видами Fusarium, так и в пределах одного вида существенно различается. Наибольшую опасность для кукурузы представляют виды F. sporotrichioides, F. graminearum, F. culmorum, F. fujikuroi, F. oxysporum, F. heterosporum, обладающие высокой интенсивностью проявления фитотоксической активности, связанной с тем, что они способствуют синтезу и накоплению опасных токсинов в тканях растений. В результате проведенных исследований отобрано 55 штаммов грибов из рода Fusarium, относящихся к семи видам. Стабильные по морфолого-культуральным признакам и изученные по патогенности и фитотоксичности изоляты помещены на длительное хранение в Государственную коллекцию фитопатогенных микроорганизмов и сортов растений-идентификаторов патогенных штаммов микроорганизмов, созданную на базе Всероссийского научно-исследовательского института фитопатологии.

1. Agarwal V.K., Sinclair J.B. Principles of Seed Pathology. Boca Raton: CRC Press, 1997. DOI 10.1201/9781482275650.

2. Ali M.L., Taylor J.H., Liu J., Sun G., William M., Kasha K.J., Reid L.M., Pauls K.P. Molecular mapping of QTLs for resistance to Gibberella ear rot in corn, caused by Fusarium graminearum. Genome. 2005;48(3):521-533. DOI 10.1139/g05-014.

3. Babich A.A. Trends in the development of maize industry in the USA. Kukuruza i Sorgo = Maize and Sorghum. 1986;4:40. (in Russian)

4. Berezkin A.N., Malko A.M. Organization of Crop Seed Production in Canada. Moscow: Publishing House of the Ministry of Agriculture, 1998. (in Russian)

5. Bilai V.I. Fusarii. Kyiv: Naukova Dumka Publ., 1977. (in Russian)

6. Bilai V.I., Ellanskaya I.A. Basic mycological methods in plant pathology. In: Methods of Experimental Mycology. Handbook. Kyiv: Naukova Dumka Publ., 1982;418-431. (in Russian)

7. Bilai V.I., Kurbatskaya Z.A. Guide to Toxin-Forming Micromycetes. Kyiv: Naukova Dumka Publ., 1990. (in Russian)

8. Clements M.J., White D.G. Identifying sources of resistance to aflatoxin and fumonisin contamination in corn. J. Toxicol. Toxin Rev. 2004;23:381-396. DOI 10.1081/TXR-200027865.

9. Dictionary of the Fungi. P.M. Kirk, P.F. Cannon, D.W. Minter, J.A. Stalpers (Eds.). Wallingford: CABI, 2008.

10. Dubovoy V., Zhemchuzhina N., Elizarova S., Gorelov P. State collection of phytopathogenic microorganisms from All-Russian Research Institute of Phytopathology. Analitika = Analytics. 2016;1: 76-79. (in Russian)

11. Eller M.S., Robertson-Hout L.A., Paune G.A., Holland J.B. Grain yield and Fusarium ear rot of maize hybrids developed from lines with varying levels of resistance. Maydica. 2008;53:231-237.

12. Elmore R.W., Abendroth L. Agronomics for corn: have we exhausted the easy options. In: Illinois Crop Protection Technology Conference. 2008;75-78.

13. Hooker A.L. Inheritance of mature plant resistance to rust in corn. Phytopathology. 1967;57:815.

14. Gagkaeva T.Yu., Gavrilova O.P., Levitin M.M. Modern taxonomy of fungi from the genus Fusarium section Sporotrichiella. Mikologiya i Fitopatologiya = Mycology and Phytopathology. 2008;42(3):201-214. (in Russian)

15. Gagkaeva T.Yu., Levitin M.M. Current state of the art in the taxonomy of the fungi belonjing to Gibberella fujikuroi complex. Mikologiya i Fitopatologiya = Mycology and Phytopathology. 2005;39(6): 3-14. (in Russian)

16. Gerlach W., Nirenberg H. The Genus Fusarium – a Pictoral Atlas. Mitt. Biol. Bundesans Land-Forstwirtsch Berlin-Dahlem, 1982.

17. Ivashchenko V.G. Prevalence of major maize diseases in the USSR and the CIS. Vestnik Zashchity Rasteniy = Plant Protection News. 2007;S:68-81. (in Russian)

18. Ivashchenko V.G. Technology of Selection of Source Material and Creation of Maize Hybrids with Group and Complex Resistance to Diseases and Drought. St. Petersburg: All-Russian Research Institute of Plant Protection of the Russian Academy of Agricultural Sciences, 2009а. (in Russian)

19. Ivashchenko V.G. Resistance of maize to major diseases and the effectiveness of its use in screening. In: Modern Immunological Studies, Their Role in the Creation of New Varieties, and the Intensification of Crop Production. Moscow: VNIIF, 2009b;54-61. (in Russian)

20. Ivashchenko V.G. Fusarium maize diseases: main causes and consequences. Vestnik Zashchity Rasteniy = Plant Protection News. 2012; 4:3-19. (in Russian)

21. Ivashchenko V.G., Matveeva G.V. Self-pollinated maize lines: assessment for disease resistance. In: Catalog of the VIR World Collection. Issue 796. St. Petersburg, 2010. (in Russian)

22. Ivashchenko V.G., Sotchenko E.F., Sotchenko Yu.V. Improving the evaluation system of maize for resistance to drought and Fusarium cob rot. Vestnik Zashchity Rasteniy = Plant Protection News. 2006;1:16-20. (in Russian)

23. Kolomiets T., Zhemchuzhina N. Genetic resources of the State Collection of Phytopathogenic Microorganisms of the All-Russian Research Institute of Phytopathology (ARRIP). In: Conf. proc. of XXXVII Annual Meeting of the European Culture Collection Organisation, Moscow, 13–15 September 2018. Moscow. 2018;45-46. DOI 10.18699/PlantGen2019-002.

24. Kolomiets T.M., Zhemchuzhina N.S., Pankratova L.F., Alexandrova A.V., Kiseleva M.I., Elizarova S.A. Micromycetes of the State Collection of phytopathogenic microorganisms causing mycoses and mycotoxicoses in humans and animals. Uspekhi Meditcinskoy Mikologii = Advances in Medical Mycology. 2018;19:371-372. (in Russian)

25. Lancashire P.D., Bleiholder H., Langeluddecke P., Stauss R., van den Boom T., Weber E., Witzen-Berger A. A uniform decimal code for the growth stages of crops and weeds. Ann. Appl. Biol. 1991;119(3): 561-601. DOI 10/1111/j/1774-7348/1991.tb04895.x.

26. Large E.C. Growth stages in ctreals illustration of the feekes scale. Plant Pathol. 1954;3(4):128-129. DOI 10.1111/j.1365-3059.1954. tb00716.x.

27. Leslie J.F., Summerell B.A. The Fusarium Laboratory Manual. Iowa: Blackwell Publishing, 2006.

28. Mesterhasy A., Lemmens M., Reid L.M. Breeding for resistance to ear rot caused by Fusarium spp. in maize (a review). Plant Breed. 2012;131(1):1-19. DOI 10.1111/J.1439-0523.2011.01936.X.

29. Miller S.S., Reid L.M., Harris L.J. Colonization of maize silks by Fusarium graminearum, the causative organism of gibberella ear rot. Can. J. Bot. 2007;85(4):369-376. DOI 10.1139/B07-027.

30. Murillo-Williams A., Munkvold G.P. Systemic infection by Fusarium verticillioides in maise plants grown under three temperature regimes. Plant Dis. 2008;92:1695-1700. DOI 10.1094/PDIS-92-12-1695.

31. Parfenova T.A., Alekseeva T.P. Toxic effect of culture fluid filtrate of Fusarium fungi on wheat seeds. Mikologiya i Fitopatologiya = Mycology and Phytopathology. 1995;29(1):78-82. (in Russian)

32. Robertson-Hoyt L.A., Kleinschmidt C.E., White D.G., Payne G.A., Maragos C.M., Holland J.B. Relationships of resistance to Fusarium ear rot and fumonisin contamination with agronomic performance of maize. Crop Sci. 2007;47:1770-1778. DOI 10.2135/CROPSCI 2006.10.0676.

33. Sotchenko V.S. Prospects of maize grain production in the Russian Federation. In: Proceedings of the Scientific-Practical Conference “Breeding, Seed Industry, and Production of Maize Grain”. Pyatigorsk: Kavkazskaya Zdravnitsa Publ., 2002;5-16. (in Russian)

34. Sotchenko V.S. The state and prospects of maize grain production in the Russian Federation. Kukuruza i Sorgo = Maize and Sorghum. 2005;1:2-9. (in Russian)

35. Sotchenko V.S. Prospects of maize cultivation for the production of high-energy fodder. In: Materials of the Scientific-Practical Conference “Maize Breeding, Seed Production, and Cultivation Technology”. Pyatigorsk: Kavkazskaya Zdravnitsa Publ., 2009;12-22. (in Russian)

36. Sotchenko V.S., Gorbacheva A.G. Maize production and features of its seed industry in Russia. Zemledelie = Agriculture. 2011;2:3-5. (in Russian)

37. Suprunov A.I. Creation of a new source material for the selection of various subspecies of maize and its evaluation in the agroclimatic zones of Russia: Doctor Sci. (Agric.) Dissertation. Krasnodar, 2009. (in Russian)

38. Watanabe T. Pictorial Atlas of Soil and Seed Fungi. Morphologies of Cultured Fungi and Key to Species. New York: CRC Press, 2010. DOI 10.1201/9781420040821.

39. Zhemchuzhina N.S., Kiseleva M.I., Kolomiets Т.М., Ablova I.B., Glinushkin А.P., Elizarova S.А. Revealing the diversity of Fusarium micromycetes in agroecosystems of the North Caucasus plains for replenishing the State Collection of Phytopathogenic Microorganisms of the All-Russian Scientific Research Institute of a Phytopathology. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(8):874-881. DOI 10.18699/VJ21.101. (in Russian)