Жовта іржа пшениці

З-поміж грибних хвороб пшениці види іржі продовжують залишатися найбільш спустошливим рослинним патогеном у світі. Втрати врожаю зерна через ураження грибними збудниками варіюють від 10 до 70% та можуть сягати навіть 100%. Останнім часом вони все частіше з’являються і в Україні, зокрема, жовта іржа, збудником якої є гриб Puccinia striiformis West.(синонім — P. glumarum Eriks et Henn.), може уражувати 23 види рослин із сімейства злаків. Крім пшениці, цей гриб пошкоджує ячмінь, жито та багато дикорослих і кормових злаків, а також егілопс, житняк, пирій, кострицю безосту та інші. За кліматичними умовами 72% площ посівів пшениці сприятливі для розвитку жовтої іржі, проте проявляється вона лише на 42%.

Порівняно з іншими видами, жовта іржа пристосована до нижчих температур. Проростають урединіоспори в умовах 100%-ї вологості за температури 1–25°С (оптимум — 11–13°С), а вже за температури 20°С і вище розвиток хвороби стримується. Причому за 14–15°С урединіоспори проростають протягом чотирьох годин, а за 7–10°С — через вісім-дев’ять.

Урединіоспори гриба одноклітинні, яскраво-жовтого забарвлення, кулясті, діаметром 15–20 мкм, із безбарвною колючкуватою оболонкою. Теліоспори довгасто-булавоподібні, двоклітинні, бурі, з короткою безбарвною ніжкою, розміром 30–57х16–24 мкм. Гриб розвивається і зимує в урединіостадії і за літо дає декілька генерацій урединіоспор, що сприяє швидкому поширенню інфекції. Збереженню та поширенню збудника сприяють м’яка зима, вологі та прохолодні весна й початок літа. Тривалість уредогенерації залежить переважно від температури. За спекотної погоди міцелій може відмирати, й тоді жовта іржа не проявляється. Несприятливо впливає на розвиток хвороби й нестача світла.

Останніми роками через зміни клімату жовта іржа швидко поширюється й на територію України. У зв’язку з біологічними особливостями збудник жовтої іржі має найкращі умови для розвитку хвороби в зонах із вологим кліматом. Однак помірні епіфітотії в степовій зоні України за останні 20 років також спостерігали в 1991, 2001, 2005, 2006 і 2007 рр.

Якщо раніше жовта іржа уражувала злакові двічі-тричі на десять років, то за останні 20 років частота її епіфітотій в Україні значно збільшилась (п’ять-шість).

Найбільшої шкоди хвороба завдає в західних областях поліської і лісостепової зон. У цих районах інфекція успішно розвивається на посівах високосприйнятливих сортів пшениці, утворюючи осередки сильно уражених рослин, що сприяє її подальшому поширенню. Особливість жовтої іржі — здатність гриба продовжувати своє зростання на деякій відстані від місця вирощування культури, тобто розвивати так званий дифузний міцелій. Виявлено, що міцелій паразита може виростати на 2,5–2,9 мм на добу. Урединіоспори збудника жовтої іржі поширюються вітром на великі відстані, до 800 км. Це дає можливість патогену з осередків ураження потрапляти в інші регіони. Так, до 1979 р. в Австралії жовтої іржі не було, урединіоспори були занесені на її територію з Азії. В 1980 р. жовта іржа потрапила до Нової Зеландії. Це відбулося шляхом повітряного перенесення — урединіоспори подолали за рік відстань у 2000 км.

Навесні захворювання спочатку виникає на нижніх листках, а потім поступово переходить на верхні і проявляється у вигляді поодиноких лимонно-жовтих уредопустул. Останні згодом утворюють великі групи, розміщуючись рядами чи смужками завдовжки до 10 см і більше між жилками зверху й знизу листків. Смужки уредопустул поширюються на листкові піхви й стебла. Інколи уражують колоски, луски, остюки. Пізніше в місцях ураження утворюються темно-бурі або майже чорні телейтопустули. Телейтостадію гриб утворює щороку, але для поширення хвороби вона не має значення. До моменту цвітіння або молочної стиглості багато листків жовтіють і відпадають. За значного розвитку іржі швидко змінюється забарвлення поля.

Шкідливість жовтої іржі злаків виявляється також і в зниженні асиміляційної поверхні, порушенні фізіологічних і біохімічних процесів, зменшенні зимо- й посухостійкості рослин. У хворих рослин істотно скорочується продуктивність, що позначається не тільки на кількості, а й на якості отриманого врожаю. Особливо небезпечне ураження колоса, оскільки внаслідок цього зерно не наливається, підсихає і формується плюсклим і легким.

Що раніше рослини уражуються жовтою іржею, то більший недобір урожаю від хвороби. Пік її прояву спостерігається, як правило, у період від цвітіння культури до молочно-воскової стадії зерна. Ступінь розвитку жовтої іржі залежить також від фізіологічного стану рослин. Наприклад, на листках, сильно пошкоджених іншими видами іржі, хвороба розвивається гірше. Основним джерелом інфекції є ранні посіви озимої пшениці та інших озимих злаків, на яких гриб зимує у формі уредогрибниці.

Популяція збудника жовтої іржі складається з багатьох рас (на сьогодні їх відомо понад 50). Причому найбільш вірулентні раси P. striiformis походять із Китаю, зокрема з Тибету. Розрізняють 41 ген ювенільної стійкості та 14 генів стійкості дорослих рослин. Для багатьох із них розроблені молекулярні маркери на зразок SSR чи AFLP, які дають змогу проводити швидкий відбір стійких генотипів.

Найбільше потерпають від нових рас жовтої іржі країни Середземномор’я. А Італія, Марокко і чотири скандинавські країни стали свідками появи абсолютно нової раси жовтої іржі, в якої ще немає назви. Примітно, що нова раса найпоширеніша в Марокко і Сицилії, де загроза появи жовтої іржі донедавна вважалася незначною. Різні країни в Африці, Центральній Азії та Європі борються з новими штамами жовтої іржі, які ніколи раніше не мали прояву на їхніх полях. Попередній аналіз показує, що нова раса належить до сімейства штамів, яке є агресивним і краще пристосованим до високих температур, аніж більшість інших.

Аграрії, які вирощують пшеницю в Ефіопії і Узбекистані, водночас борються зі спалахами жовтої іржі AF2012 — ще однієї раси, яку виявили в обох країнах 2016 року і яка завдала серйозного удару виробництву пшениці, особливо в Ефіопії. AF2012 раніше можна було виявити тільки в Афганістані, до того, як вона з’явилася в районі Африканського континенту торік, де вона пошкодила десятки тисяч гектарів пшениці. Попередні оцінки науковців викликають занепокоєння, адже досі невідомо, яким буде загальний вплив цих нових рас на різні сорти пшениці в районах, що постраждали від ураження цим збудником.

У 2010 та 2013 роках новий вірулентний штам жовтої іржі спричинив серйозні спалахи й втрати в багатьох країнах Північної та Східної Африки, Близького Сходу й Південної Азії. Встановлена раса жовтої іржі Warrior (-), що з’явилася «на радарах» вчених у Північній Європі і Туреччині кілька років тому, продовжила свій повітряний рейд 2016 року і тепер широко представлена в країнах Європи та Західної Азії.

На сьогодні ефективним методом захисту пшениці від хвороб є створення стійких сортів. Підраховано, що за повного переходу на стійкі сорти лише зернових культур прибавка врожаю буде рівноцінна збільшенню посівних площ на 20–25%.

Одним із найважливіших питань, на якому ґрунтується селекція культурних рослин на стійкість, є вивчення генофонду пшениці озимої серед колекційних зразків різного еколого-географічного походження та на інфекційному фоні задля пошуку ефективних джерел стійкості. Причому що різноманітніший склад генів стійкості донорів, то ефективніша селекція на імунітет.

Тому в Інституті фізіології рослин і генетики НАН України під керівництвом академіка НАН України Володимира Васильовича Моргуна спільно з науковцями Інституту харчової біотехнології та геноміки НАН України проводять усебічне молекулярно-генетичне вивчення польової стійкості колекційних сортів пшениці озимої. Програма досліджень стосується, зокрема, й сортів Інституту фізіології рослин і генетики НАН України, з подальшим виділенням нових джерел та донорів стійкості до жовтої іржі з метою залучення їх у селекційні програми для створення сортів, адаптованих до місцевих умов. Виявлені нові джерела стійкості до збудника жовтої іржі були підтверджені молекулярно-генетичним аналізом на наявність генів стійкості, що пов’язані зі стійкістю до високопатогенних рас жовтої іржі і є цінним матеріалом у селекції сортів, стійких до збудника жовтої іржі.

Т. Топчій, канд. с.-г. наук, завідувач лабораторії захисту рослин, Інститут фізіології рослин і генетики НАН України

Б. Моргун, канд. біол. наук, заступник директора з наук. роботи, Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України

Журнал «Пропозиція», №1, 2019 р.