Доказана связь устойчивости озимого ячменя к грибным заболеваниям со здоровьем почвы и органическими добавками
Доказана связь устойчивости озимого ячменя к грибным заболеваниям со здоровьем почвы и органическими добавками
Ячмень является важной зерновой культурой, продуктивность которой часто снижается из-за фитопатогенов, особенно на ранних стадиях роста. Понимание того, как управление плодородием почвы и микробные сообщества влияют на исходы заболеваний, имеет решающее значение для разработки устойчивых стратегий, которые снижают зависимость от фунгицидов и защищают здоровье ячменя.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей коллектива болгарских исследователей (Кафедра микробиологии и экологических биотехнологий, Аграрный университет — Пловдив; Генетические ресурсы растений, Институт генетических ресурсов растений «Константин Малков»), в которой обозначена роль микробиома почвы, сидератов и органических добавок на здоровье озимого ячменя.
Ячмень (Hordeum vulgare L.) является одной из самых ранних одомашненных зерновых культур и по-прежнему имеет важное экономическое значение во всем мире, особенно в пивоваренной, кормовой и пищевой промышленности. Высокая питательная ценность ячменной соломы, а также специфика зерна определяют ячмень как лучший и предпочтительный концентрированный корм для животных.
Из всех озимых зерновых культур в Болгарии ячмень занимает второе место по распространению после пшеницы. По данным Министерства сельского и лесного хозяйства Болгарии, в 2024 году посевные площади ячменя составляли 196 485 га, а средняя урожайность ячменя — 5358 кг на га.
Устойчивое производство ячменя зависит от своевременного фитосанитарного мониторинга для борьбы с сорняками, болезнями и вредителями. На его урожайность существенно влияет ряд болезней листьев, особенно при благоприятных климатических условиях и стрессах. К наиболее экономически значимым патогенам в регионах с умеренным климатом относятся мучнистая роса (Blumeria graminis f. sp. hordei), бурая ржавчина (Puccinia hordei) и сетчатая пятнистость (Pyrenophora teres f. maculata). Эти заболевания снижают эффективность фотосинтеза, нарушают налив зерна и приводят к потерям урожая, превышающим 30% при сильных эпидемиях.
Управление болезнями листьев ячменя традиционно основано на химическом контроле, но экологические проблемы и возникновение штаммов патогенов, устойчивых к фунгицидам, требуют альтернативных стратегий.
Селекция устойчивых к болезням сортов остается одним из наиболее эффективных и устойчивых подходов. Различают два основных типа устойчивости: расоспецифическая (вертикальная) устойчивость, которая часто преодолевается новыми расами патогенов, и частичная (горизонтальная) устойчивость, которая более долговечна и полигенна по своей природе.
Частичная устойчивость характеризуется более медленным прогрессированием болезни, сниженной споруляцией и отсроченным началом симптомов, и она играет центральную роль в интегрированных программах управления болезнями и селекции, направленных на долгосрочную устойчивость.
Оценка производительности сортов в полевых условиях, особенно в агроэкологических системах, имеет решающее значение для идентификации генотипов с надежными признаками устойчивости.
Микробные сообщества почвы все чаще признаются ключевыми детерминантами здоровья растений не только благодаря их вкладу в круговорот питательных веществ и плодородие почвы, но и благодаря посредничеству в подавлении болезней посредством функционального разнообразия и экологических взаимодействий.
Микробиом почвы влияет на устойчивость хозяина, обеспечивая антагонистическую активность против патогенов, конкурируя за ресурсы и запуская системные защитные механизмы растений.
Достижения в области секвенирования ампликонов и инструментов функционального прогнозирования, таких как FAPROTAX и FUNGuild, позволили связать структуру микробного сообщества с экологическими функциями, предоставляя новые возможности для прогнозирования восприимчивости или устойчивости сельскохозяйственных культур к болезням листьев. По сравнению с традиционным таксономическим профилированием эти инструменты позволяют быстро и с высокой пропускной способностью выводить экологические функции непосредственно из данных ампликонов, предлагая экономически эффективное понимание круговорота питательных веществ, патогенности и симбиотических взаимодействий без необходимости полного метагеномного секвенирования или анализов на основе культур.
В ячмене устойчивость хозяина и химический контроль остаются центральными стратегиями, а устойчивое управление болезнями все больше подчеркивает роль ризосферного микробиома.
Агроэкологические практики, такие как зеленое удобрение, органические добавки и комплексное внесение удобрений, изменяют структуру почвенных микробных сетей, обогащая такие функции, как хитинолиз, целлюлозолиз и производство вторичных метаболитов, которые активно участвуют в ограничении развития патогенов.
Напротив, традиционные системы часто отдают предпочтение микробным группам, участвующим в круговороте азота, которые, хотя и важны для питания растений, могут не обеспечивать эффективной защиты от патогенов листьев.
Недавние данные свидетельствуют о том, что функциональные профили почвы могут служить предикторами исходов надземных болезней.
Например, обогащение хитинолитическими бактериями (Bacillus, Streptomyces) и сапротрофными грибами (Trichoderma, Mortierella) было связано с уменьшением серьезности настоящей мучнистой росы и ржавчины на ячмене, тогда как традиционное управление коррелирует с более высоким обилием фитопатогенных грибов, таких как Fusarium.
Исследования функционального прогнозирования подтверждают, что агроэкологические почвы поддерживают многофункциональные микробные сообщества, которые усиливают разложение, круговорот питательных веществ и естественное подавление болезней.
Сочетание функциональных прогнозов микробиома почвы с фитопатологическими оценками предлагает эффективный подход к прогнозированию динамики болезней в системах земледелия.
Связывая почвенные экологические процессы с устойчивостью растений, эта стратегия поддерживает разработку устойчивых практик, которые зависят от химических вносимых веществ, одновременно повышая устойчивость сельскохозяйственных культур.
Данное исследование восполнило пробел в знаниях о роли типа удобрения в формировании устойчивости озимого ячменя к болезням. Интегрируя фитопатологические оценки с прогнозированием микробного функционирования, исследование позволяет понять, как стратегии удобрения могут влиять на частоту и тяжесть заболеваний листьев. Эти результаты имеют непосредственное значение для отрасли выращивания ячменя, поскольку позволяют определить методы удобрения, которые повышают устойчивость растений, снижают зависимость от химических фунгицидов и способствуют созданию устойчивых систем производства.
В этом исследовании оценивалась устойчивость озимого ячменя сорта «Zemela» к настоящей мучнистой росе, бурой ржавчине и сетчатой пятнистости.
Культура возделывалась с использованием двух систем обработки почвы — сидератов и традиционных — и пяти режимов удобрения: минерального, вермикомпоста, комбинированного, биоугля и контроля.
Фитопатологическая оценка была интегрирована с функциональными прогнозами микробных сообществ почвы.
Сравнительный анализ тяжести заболевания и индексов устойчивости выявил четкие взаимодействия между стратегией удобрения, давлением болезни и выражением устойчивости у сорта ячменя «Zemela».
На участках, подвергнутых зеленому удобрению смесью вики и овса с предыдущего года, большинство обработок продемонстрировали высокую устойчивость (RI ≥ 80%) к Blumeria graminis, Puccinia hordei и Pyrenophora teres.
Тяжесть заболевания сетчатой пятнистостью была самой низкой при внесении биоугля (11%), в то время как настоящая мучнистая роса и бурая ржавчина эффективно подавлялись минеральным удобрением, вермикомпостом и комбинированными добавками. Хотя в некоторых комбинациях обработка–патоген наблюдалась умеренная устойчивость (RI = 60–79%), общая картина показала, что органическое и интегрированное удобрение усиливали выражение частичной устойчивости.
Напротив, на участках с традиционными методами обработки наблюдалась стабильно более высокая тяжесть заболевания с множественными случаями восприимчивости (RI < 40%) к мучнистой росе и бурой ржавчине.
Зеленые удобрения поддерживали последовательно более высокую экспрессию устойчивости, скорее всего, из-за повышения микробного разнообразия, улучшения доступности питательных веществ и более благоприятной структуры почвы.
Аналогичные эффекты подавления болезней, обусловленные микробиомом, были зарегистрированы у ячменя, где разнообразие ризосферы снижало восприимчивость к настоящей мучнистой росе.
В более широком смысле известно, что органические добавки и диверсификация сельскохозяйственных культур реструктурируют микробные сети почвы и улучшают здоровье растений. Органические и комплексные добавки, в частности биоуголь, компост плюс минеральное удобрение и вермикомпост, показали превосходное подавление болезней по сравнению с внесением только минеральных удобрений. Эти результаты подчеркивают роль севооборота со смесями бобовых и злаковых культур и биологически активными почвенными добавками как ключевых компонентов устойчивого управления болезнями ячменя.
Анализ главных компонентов (Principal Component Analysis, PCA), который был проведен для изучения взаимосвязи между внесением удобрений, системами земледелия и степенью поражения трёх основных болезней листьев ячменя, выявил четкую кластеризацию функций микробного сообщества по системе управления почвой и подчеркнул сильное влияние практики удобрения на динамику микробов, связанную с болезнями.
Однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) показал, что пять режимов удобрения дали различные уровни подавления болезней.
Неудобренный контроль на обычном поле продемонстрировал самую высокую тяжесть заболевания, что подтвердило его восприимчивость из-за отсутствия питательной поддержки.
Напротив, все удобренные обработки снизили уровни болезней в разной степени, при этом некоторые органические и комплексные добавки показали превосходную эффективность.
Среди обработок вермикомпост и вермикомпост в сочетании с минеральным удобрением оказали особенно сильный эффект на обычном поле, в то время как на агроэкологическом поле на участке с зеленым удобрением уровни болезней были ниже при всех обработках. Эти результаты свидетельствуют о том, что добавление органического вещества и биологически активных веществ улучшает здоровье почвы и иммунитет растений, тем самым смягчая развитие болезней.
Биоуголь также показал статистически значимый подавляющий эффект, особенно на сетчатую пятнистость, что, вероятно, объясняется улучшением физических и микробных свойств почвы.
Система земледелия сама по себе оказала заметное влияние. Тяжесть заболеваний была в целом ниже на участке, где использовалось зеленое удобрение с овсом и викой. Эта практика, вероятно, обогатила микробное разнообразие почвы и улучшила энергию растений, что привело к повышению устойчивости к патогенам листвы. Напротив, на участке с традиционным управлением (без предпосевной обработки) наблюдалось более высокое давление болезней при тех же режимах удобрения, что подчеркивает дополнительное преимущество агроэкологического управления.
Результаты ANOVA подтверждают, что как тип удобрения, так и система управления полем существенно влияют на тяжесть основных болезней листьев ячменя. Органические и интегрированные стратегии удобрения, особенно в сочетании с зелеными удобрениями, предлагают устойчивый и эффективный подход к смягчению болезней, поддерживая устойчивость культуры как в агрономическом, так и в экологическом плане.
Анализ FAPROTAX показал, что органические добавки усилили противогрибные функции, тогда как в традиционных системах доминировал круговорот азота.
FUNGuild выявил более высокую сапротрофную и микоризную активность при органической и комбинированной обработке, что контрастирует с большей численностью патогенов на обычных участках.
В целом, результаты показывают, что практика удобрения почвы вместе с функциональным разнообразием микроорганизмов играет центральную роль в подавлении болезней и устойчивости сельскохозяйственных культур, поддерживая устойчивое производство ячменя при сниженной зависимости от химических внесений.
Источник: Plants 2025, doi.org/10.3390/plants14203199
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей коллектива болгарских исследователей (Кафедра микробиологии и экологических биотехнологий, Аграрный университет — Пловдив; Генетические ресурсы растений, Институт генетических ресурсов растений «Константин Малков»), в которой обозначена роль микробиома почвы, сидератов и органических добавок на здоровье озимого ячменя.
Ячмень (Hordeum vulgare L.) является одной из самых ранних одомашненных зерновых культур и по-прежнему имеет важное экономическое значение во всем мире, особенно в пивоваренной, кормовой и пищевой промышленности. Высокая питательная ценность ячменной соломы, а также специфика зерна определяют ячмень как лучший и предпочтительный концентрированный корм для животных.
Из всех озимых зерновых культур в Болгарии ячмень занимает второе место по распространению после пшеницы. По данным Министерства сельского и лесного хозяйства Болгарии, в 2024 году посевные площади ячменя составляли 196 485 га, а средняя урожайность ячменя — 5358 кг на га.
Устойчивое производство ячменя зависит от своевременного фитосанитарного мониторинга для борьбы с сорняками, болезнями и вредителями. На его урожайность существенно влияет ряд болезней листьев, особенно при благоприятных климатических условиях и стрессах. К наиболее экономически значимым патогенам в регионах с умеренным климатом относятся мучнистая роса (Blumeria graminis f. sp. hordei), бурая ржавчина (Puccinia hordei) и сетчатая пятнистость (Pyrenophora teres f. maculata). Эти заболевания снижают эффективность фотосинтеза, нарушают налив зерна и приводят к потерям урожая, превышающим 30% при сильных эпидемиях.
Управление болезнями листьев ячменя традиционно основано на химическом контроле, но экологические проблемы и возникновение штаммов патогенов, устойчивых к фунгицидам, требуют альтернативных стратегий.
Селекция устойчивых к болезням сортов остается одним из наиболее эффективных и устойчивых подходов. Различают два основных типа устойчивости: расоспецифическая (вертикальная) устойчивость, которая часто преодолевается новыми расами патогенов, и частичная (горизонтальная) устойчивость, которая более долговечна и полигенна по своей природе.
Частичная устойчивость характеризуется более медленным прогрессированием болезни, сниженной споруляцией и отсроченным началом симптомов, и она играет центральную роль в интегрированных программах управления болезнями и селекции, направленных на долгосрочную устойчивость.
Оценка производительности сортов в полевых условиях, особенно в агроэкологических системах, имеет решающее значение для идентификации генотипов с надежными признаками устойчивости.
Микробные сообщества почвы все чаще признаются ключевыми детерминантами здоровья растений не только благодаря их вкладу в круговорот питательных веществ и плодородие почвы, но и благодаря посредничеству в подавлении болезней посредством функционального разнообразия и экологических взаимодействий.
Микробиом почвы влияет на устойчивость хозяина, обеспечивая антагонистическую активность против патогенов, конкурируя за ресурсы и запуская системные защитные механизмы растений.
Достижения в области секвенирования ампликонов и инструментов функционального прогнозирования, таких как FAPROTAX и FUNGuild, позволили связать структуру микробного сообщества с экологическими функциями, предоставляя новые возможности для прогнозирования восприимчивости или устойчивости сельскохозяйственных культур к болезням листьев. По сравнению с традиционным таксономическим профилированием эти инструменты позволяют быстро и с высокой пропускной способностью выводить экологические функции непосредственно из данных ампликонов, предлагая экономически эффективное понимание круговорота питательных веществ, патогенности и симбиотических взаимодействий без необходимости полного метагеномного секвенирования или анализов на основе культур.
В ячмене устойчивость хозяина и химический контроль остаются центральными стратегиями, а устойчивое управление болезнями все больше подчеркивает роль ризосферного микробиома.
Агроэкологические практики, такие как зеленое удобрение, органические добавки и комплексное внесение удобрений, изменяют структуру почвенных микробных сетей, обогащая такие функции, как хитинолиз, целлюлозолиз и производство вторичных метаболитов, которые активно участвуют в ограничении развития патогенов.
Напротив, традиционные системы часто отдают предпочтение микробным группам, участвующим в круговороте азота, которые, хотя и важны для питания растений, могут не обеспечивать эффективной защиты от патогенов листьев.
Недавние данные свидетельствуют о том, что функциональные профили почвы могут служить предикторами исходов надземных болезней.
Например, обогащение хитинолитическими бактериями (Bacillus, Streptomyces) и сапротрофными грибами (Trichoderma, Mortierella) было связано с уменьшением серьезности настоящей мучнистой росы и ржавчины на ячмене, тогда как традиционное управление коррелирует с более высоким обилием фитопатогенных грибов, таких как Fusarium.
Исследования функционального прогнозирования подтверждают, что агроэкологические почвы поддерживают многофункциональные микробные сообщества, которые усиливают разложение, круговорот питательных веществ и естественное подавление болезней.
Сочетание функциональных прогнозов микробиома почвы с фитопатологическими оценками предлагает эффективный подход к прогнозированию динамики болезней в системах земледелия.
Связывая почвенные экологические процессы с устойчивостью растений, эта стратегия поддерживает разработку устойчивых практик, которые зависят от химических вносимых веществ, одновременно повышая устойчивость сельскохозяйственных культур.
Данное исследование восполнило пробел в знаниях о роли типа удобрения в формировании устойчивости озимого ячменя к болезням. Интегрируя фитопатологические оценки с прогнозированием микробного функционирования, исследование позволяет понять, как стратегии удобрения могут влиять на частоту и тяжесть заболеваний листьев. Эти результаты имеют непосредственное значение для отрасли выращивания ячменя, поскольку позволяют определить методы удобрения, которые повышают устойчивость растений, снижают зависимость от химических фунгицидов и способствуют созданию устойчивых систем производства.
В этом исследовании оценивалась устойчивость озимого ячменя сорта «Zemela» к настоящей мучнистой росе, бурой ржавчине и сетчатой пятнистости.
Культура возделывалась с использованием двух систем обработки почвы — сидератов и традиционных — и пяти режимов удобрения: минерального, вермикомпоста, комбинированного, биоугля и контроля.
Фитопатологическая оценка была интегрирована с функциональными прогнозами микробных сообществ почвы.
Сравнительный анализ тяжести заболевания и индексов устойчивости выявил четкие взаимодействия между стратегией удобрения, давлением болезни и выражением устойчивости у сорта ячменя «Zemela».
На участках, подвергнутых зеленому удобрению смесью вики и овса с предыдущего года, большинство обработок продемонстрировали высокую устойчивость (RI ≥ 80%) к Blumeria graminis, Puccinia hordei и Pyrenophora teres.
Тяжесть заболевания сетчатой пятнистостью была самой низкой при внесении биоугля (11%), в то время как настоящая мучнистая роса и бурая ржавчина эффективно подавлялись минеральным удобрением, вермикомпостом и комбинированными добавками. Хотя в некоторых комбинациях обработка–патоген наблюдалась умеренная устойчивость (RI = 60–79%), общая картина показала, что органическое и интегрированное удобрение усиливали выражение частичной устойчивости.
Напротив, на участках с традиционными методами обработки наблюдалась стабильно более высокая тяжесть заболевания с множественными случаями восприимчивости (RI < 40%) к мучнистой росе и бурой ржавчине.
Зеленые удобрения поддерживали последовательно более высокую экспрессию устойчивости, скорее всего, из-за повышения микробного разнообразия, улучшения доступности питательных веществ и более благоприятной структуры почвы.
Аналогичные эффекты подавления болезней, обусловленные микробиомом, были зарегистрированы у ячменя, где разнообразие ризосферы снижало восприимчивость к настоящей мучнистой росе.
В более широком смысле известно, что органические добавки и диверсификация сельскохозяйственных культур реструктурируют микробные сети почвы и улучшают здоровье растений. Органические и комплексные добавки, в частности биоуголь, компост плюс минеральное удобрение и вермикомпост, показали превосходное подавление болезней по сравнению с внесением только минеральных удобрений. Эти результаты подчеркивают роль севооборота со смесями бобовых и злаковых культур и биологически активными почвенными добавками как ключевых компонентов устойчивого управления болезнями ячменя.
Анализ главных компонентов (Principal Component Analysis, PCA), который был проведен для изучения взаимосвязи между внесением удобрений, системами земледелия и степенью поражения трёх основных болезней листьев ячменя, выявил четкую кластеризацию функций микробного сообщества по системе управления почвой и подчеркнул сильное влияние практики удобрения на динамику микробов, связанную с болезнями.
Однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) показал, что пять режимов удобрения дали различные уровни подавления болезней.
Неудобренный контроль на обычном поле продемонстрировал самую высокую тяжесть заболевания, что подтвердило его восприимчивость из-за отсутствия питательной поддержки.
Напротив, все удобренные обработки снизили уровни болезней в разной степени, при этом некоторые органические и комплексные добавки показали превосходную эффективность.
Среди обработок вермикомпост и вермикомпост в сочетании с минеральным удобрением оказали особенно сильный эффект на обычном поле, в то время как на агроэкологическом поле на участке с зеленым удобрением уровни болезней были ниже при всех обработках. Эти результаты свидетельствуют о том, что добавление органического вещества и биологически активных веществ улучшает здоровье почвы и иммунитет растений, тем самым смягчая развитие болезней.
Биоуголь также показал статистически значимый подавляющий эффект, особенно на сетчатую пятнистость, что, вероятно, объясняется улучшением физических и микробных свойств почвы.
Система земледелия сама по себе оказала заметное влияние. Тяжесть заболеваний была в целом ниже на участке, где использовалось зеленое удобрение с овсом и викой. Эта практика, вероятно, обогатила микробное разнообразие почвы и улучшила энергию растений, что привело к повышению устойчивости к патогенам листвы. Напротив, на участке с традиционным управлением (без предпосевной обработки) наблюдалось более высокое давление болезней при тех же режимах удобрения, что подчеркивает дополнительное преимущество агроэкологического управления.
Результаты ANOVA подтверждают, что как тип удобрения, так и система управления полем существенно влияют на тяжесть основных болезней листьев ячменя. Органические и интегрированные стратегии удобрения, особенно в сочетании с зелеными удобрениями, предлагают устойчивый и эффективный подход к смягчению болезней, поддерживая устойчивость культуры как в агрономическом, так и в экологическом плане.
Анализ FAPROTAX показал, что органические добавки усилили противогрибные функции, тогда как в традиционных системах доминировал круговорот азота.
FUNGuild выявил более высокую сапротрофную и микоризную активность при органической и комбинированной обработке, что контрастирует с большей численностью патогенов на обычных участках.
В целом, результаты показывают, что практика удобрения почвы вместе с функциональным разнообразием микроорганизмов играет центральную роль в подавлении болезней и устойчивости сельскохозяйственных культур, поддерживая устойчивое производство ячменя при сниженной зависимости от химических внесений.
Источник: Plants 2025, doi.org/10.3390/plants14203199
Источник: https://www.agroxxi.ru
