Треугольник болезни и инфекционное окно

1.

ТРЕУГОЛЬНИК БОЛЕЗНИ И
ИНФЕКЦИОННОЕ ОКНО
Погодные условия
Инфекционное окно – промежуток времени, в течение
которого возможно заражение и развитие болезни

2.

Жизнь паразита
1. Заражение
2. Инкубационный и Латентный периоды
3. Распространение
4. Вторичное заражение
5. Сохранение

3.

1. Заражение (потенциал инокулюма)
1) Энергия, необходимая для заражения
Минимальная инфекционная нагрузка для заражения (в почве):
хлопчатника
Verticillium dahliae
4 пропагулы/г. почвы
картофеля
Synchytrium endobioticum
200 цист/г. почвы
При заражении надземных органов – отношение числа очагов болезни к числу
осевших спор:
Phytophthora infestans – 6,5%, Alternaria solani – 1,7%
2) Качественный показатель – агрессивность и
вирулентность. Сохранение жизнеспособности.
3) Почвенный фунгистазис
Конкуренция с почвенными микроорганизмами определяет концентрацию
пропагул фитопатогенов. Патозона – объем почвы вокруг мишени, в котором
пропагула паразита может вызвать заражение.
Geumannomyces graminis – 4-8 мм, для Rhizoctonia solani – 12 – 16 мм.
4) Внешние факторы (погодные условия)

4.

2. Инкубационный и Латентный периоды
Инкубационный период – время от заражения до
проявления симптомов болезни
Латентный период – время от заражения до появления
спороношения
Латентный период (суток):
Phytophthora infestans
Puccinia graminis
Tilletia tritici
Ustilago tritici
–3
– 10
– 90
– > 300

5.

Споруляция
Виды грибов
Растениехозяин
Спор на 1
см2/день
Период споруляции (сут)
Sphaerotheca fuliginea
Тыква
7 х 104
15-18
Pseudoperonospora
cubense
Огурец
1.5 х 104
15-20
Phytophthora infestans
Картофель
105 -106
5-8
Puccinia triticina
Пшеница
1.2 х 104
до 60
Чем интенсивнее спорулирует паразит, тем быстрее он истощает
зараженную ткань и тем быстрее она погибает

6.

3. Распространение
Прямое (от зараженного растения к
здоровому с зараженными органами)
1) внутренняя инфекция семян
2) внутренняя инфекция вегетативных органов
3) наружная инфекция семян
4) наружная инфекция вегетативных органов
Косвенное (через окружающую среду)
1) анемохория
2) гидрохория
3) зоохория
4) антропохория

7.

3. Распространение
Эпифитотиологический цикл аэрогенных инфекций
1) Накопление инфекционного начала в очагах поражения;
2) Эмиссия инфекционного начала в воздух с пораженных
посевов;
3) Перенос споровых масс воздушными потоками;
4) Оседание инфекционного начала на посевы;
5) Первичное заражение растений;
6) Циклическое развитие болезни на зараженных посевах.

8.

3. Распространение
Накопление инфекционного начала в очагах поражения
Репродукционная способность некоторых грибов.
Бурая, стеблевая желтая ржавчины (на 1 га):
в течение суток образуется 1010 – 1013 урединиоспор.
Phytophthora infestans (1 га) –
в течение суток образуется 1012 зооспорангиев
Белая гниль Sclerotinia sclerotiorum :
один склероций возбудителя белой гнили формирует несколько
апотециев, содержащих до 300 миллионов аскоспор (Baker, 1979)

9.

3. Распространение
км
Разделение атмосферы на слои
Стратосфера
Градиент температуры равен 0 или температура
увеличивается с высотой.
Занос пылевых загрязнений затруднен, наблюдается
только при экстремальных условиях (извержения
вулканов, взрывы ядерных бомб).
10
Тропопауза
Тропосфера
Нагрев воздуха происходит от поверхности Земли.
Падение температуры с увеличением высоты.
Сухоадиабатический градиент – ок. 6°С на 1 км.
0

10.

Разделение тропосферы на слои
1. Неподвижный слой
Микроскопически тонкий слой воздуха,
примыкающий к любым поверхностям.
Воздух в нем неподвижен, удерживается
молекулярными силами.

11.

Разделение тропосферы на слои
2. Ламинарный слой.
Нижний слой подвижного воздуха, примыкающий к неподвижному
слою.
Толщина – обычно около 1 мм (от долей мм в ветреную погоду до
нескольких см в безветренную).
Поток воздуха параллелен поверхности.
Турбулентность отсутствует.
Скорость ветра – линейная функция высоты.
Только в этом слое работает механизм седиментационного
осаждения – СЛОЙ-ЛОВУШКА.
Очень суровые условия для жизни живых объектов

12.

Разделение тропосферы на слои
3. Турбулентный слой (слой перемешивания)
Препятствия, выступающие над поверхностью, обтекаются ветром и
вызывают образование вихрей. Вихри отрываются от поверхности и
уносятся ветром.
Вихри перемешивают воздух в этом слое.
Скорость ветра, температура,
концентрация водяного пара –
линейные функция логарифма
высоты.
Повышение скорости ветра
приводит к увеличению
толщины турбулентного слоя.

13.

Разделение тропосферы на слои
3. Турбулентный слой (слой перемешивания)
Поверхность аэродинамически гладкая –
препятствия не выступают за ламинарный слой.
Поверхность аэродинамически шероховатая –
препятствия выступают за ламинарный слой.
Образуются вихри
Критерий Рейнольдса.
R=
ВП (см) * СВ (см/с)
0,14 см2/с
ВП – высота препятствия,
СВ – скорость ветра,
0,14 см2/с – кинематическая вязкость воздуха.
Если R> 2000, то течение турбулентно.

14.

Разделение тропосферы на слои
4. Конвекционный слой
Высоты – 1-10 км.
Приземная турбулентность отсутствует.
Нет разницы между дневными и ночными температурами.
Частицы с поверхности земли могут заноситься
крупномасштабными конвекционными токами

15.

Разделение тропосферы на слои
Слои атмосферы при разных погодных условиях

16.

Инверсия температур
Поднимающиеся массы
теплого воздуха выносят
аэрозоль, но не могут
преодолеть запирающий
слой.
Ниже запирающего
слоя – очень высокая
концентрация
аэрозоля.
Это может привести к
массовому заражению
растений и др.
неприятным
последствиям.

17.

Распространение грибов в воздухе
Три стадии:
Высвобождение спор
Распространение в атмосфере
Оседание

18.

Высвобождение спор
Задача:
Споры должны попасть в турбулентный слой.
Высвобождение спор
Активное
Пассивное
Источник энергии
внутри растения
Внешний источник
энергии
Тургорное давление
Ветер, дождевые
капли
У грибов отмечаются самые разнообразные активные и
пассивные способы высвобождения спор.
Разные механизмы высвобождения спор обусловливают
суточные колебания концентраций спор в воздухе

19.

Пассивное высвобождение спор
1. Отделение под действием силы тяжести
Botrytis cinerea, Monilia sitophila, Helminthosporium sativum, макроконидии
Fusarium.
2. Сдувание.
Минимальная скорость движения воздуха, необходимая для сдувания:
Botrytis cinerea – 0,36 – 0,5 м/с,
Monilia sitophila, Ustilago spp., уредоспоры Puccinia triticina, конидии
Helminthosporium sativum – 0,5 – 0,75 м/с,
Phytophthora infestans, Fusarium culmorum > 3,37 м/с.
Многие виды из группы порядков гастеромицеты накапливают давление в
плодовом теле для последующего выброса спор.
Турбулентный поток сдувает споры эффективнее ламинарного.
3. Отделение спор при контакте с капельками тумана.
Cercosporella herpotrichoides, Verticillium albo-atrum, Cladosporium.
4. Распространение с брызгами жидкости.
Приспособление – споры в слизи. Роды Colletotrichum,
Stachibotrys, Gloeosporium, Septoria, Phoma
5. Гигроскопические движения
конидиеносцев. Peronospora spp., Phytophthora infestans

20.

Активное высвобождение спор
Все механизмы активного распространения работают при
условии достаточного обеспечения гриба водой.
1. Выстреливающий механизм
2. Округление набухших клеток
3. Отбрасывание базидиоспор
(баллистоспор)
Плодовые тела выносят споры из слоя
неподвижного воздуха

21.

Время пика высвобождения спор у разных таксонов грибов.
Высвобожден
ие спор
Время
Примечания
Таксоны
Утреннее
7.00 – 10.00
Виды, у которых
высвобождение спор
происходит благодаря
гигроскопичным движениям
конидиеносцев. Для выброса
спор необходимы резкие
изменения влажности.
Phytophthora infestans, Polythrincium trifolii, Epicoccum
nigrum, Nigrospora, Zygosporium oscheoides, Cordana
musae, Phaeotrichoconis, Trichoconis padwickii,
Zygophialia jamaicensis, Corynespora cassiicola.
Полуденное
10.00 – 16.00
Высвобождение спор
порывами ветра или в
результате повышения
температуры.
Alternaria, Botrytis, Cladosporium, Curvularia, Erysiphe,
Helminthosporium, Memnoniella, Penicilliun, Periconia,
Pithomyces, Stemphyllium, Tetraploa, Torula, Ustilago
nuda.
Двойной пик
8.00 – 10.00 и
14.00 – 18.00
Вечерний
20.00 – 22.00
Активный механизм
выбрасывания спор
Многие аско – и базидиомицеты, Spegazzinia и
ustilaginoidea virens.
Ночной
02.00 – 04.00
Активный механизм
выбрасывания спор,
инициируемый повышением
влажности
Sporobolomyces, Entomophthora, Fusarium, Pericularia
oryzae, Daldinia concentrica, Hypoxylon.
?
Alternaria, Aspergillus, Cercospora, Cladosporium,
Curvularia, Epicoccum, Fusidium, Helminthosporium,
Memnoniella, Periconia, Pithomyces, Tetraploa.

22.

Распространение спор

23.

Распространение спор
Tilletia
Cronartium
rubicola
Puccinia
graminis
Phytophthora
infestans

24.

Распространение спор

25.

Распространение спор

26.

Распространение спор
«Ржавчинный коридор» в США

27.

Распространение спор

28.

Осаждение спор
1. Обмен в пограничном слое
2. Седиментация
3. Инерционное осаждение
4. Электростатическое осаждение
5. Осаждение дождем

29.

Седиментация
Седиментация – осаждение под действием силы тяжести.
Имеет значение преимущественно в ламинарном слое.
Оседание сферических частиц с гладкой поверхностью в
неподвижном воздухе происходит в соответствии с законом Стокса:
2 gr2 ( т - в)
Vs=
9µ
, где
т
в
r
µ
- плотность частицы (вода – 1,00),
- плотность среды (воздух – 1,27*10-3г/см3),
- радиус частицы (см),
- динамический коэффициент вязкости
(воздух при 18°С – 1,8*10-4 г/см*сек),
g – ускорение свободного падения.
Шероховатая поверхность частицы с выступами увеличивает трение
и замедляет скорость осаждения.

30.

Седиментация

31.

Инерционное осаждение.
Инерционное осаждение – осаждение в результате удара.
Крупные споры имеют преимущество. Поэтому у фитопатогенных
грибов обычно крупные споры.
Споры диам. менее 7 мкм. практически не осаждаются при
столкновениях.
Компромиссный размер – 10 мкм. Такие споры хорошо
распространяются и могут инерционно осаждаться.

32.

Электростатическое осаждение
Напряженность поля – ок.
1 в/см
Многие споры несут положительный заряд.
У мелких частиц (< 1 мкм) влияние электростатического
притяжения на осаждение значительно

33.

Осаждение дождем
Rainout – мелкие частицы (менее 1 мкм.)
диффузно осаждаются на кристаллы льда в
облаках, удерживаются силами молекулярного
притяжения и потом выпадают с дождем.
Мелкие споры могут и сами служить ядрами
конденсации водяных паров.
Washout (вымывание) – падающие капли дождя
захватывают частицы. Споры всех размеров
захватываются наиболее интенсивно каплями
размером около 2 мм. Основное число спор
осаждается в начале ливня.
Вымывание – самый эффективный механизм осаждения мелких спор.

34.

Осаждение дождем
Споры всех размеров захватываются наиболее интенсивно
каплями размером около 2 мм.

35.

Осаждение дождем

36.

Гидрохория
1) Распространение с дождевыми брызгами
Роды Colletotrichum, Septoria, Phoma, Fusarium, Stachybotrys, многие
бактерии и др. Споры покрыты слизью. В сухую погоду слизь
склеивает споры. В воде споры высвобождаются. С дождевыми
брызгами споры попадают на листья.
Капли размером менее 100 мкм в воздухе испаряются, и
находящиеся в них споры переходят к распространению воздушными
токами.
2) Почвенной капиллярной водой
Почвообитающие грибы – возбудители корневых гнилей, снежных
плесеней, вилта и др. распространяются на небольшие расстояния от
источника. Зооспоры Phytophthora infestans по почвенным капиллярам
поднимаются от проросших зооспор и заражают нижние листья.
3) С поливной водой
Оомицеты, споры фитопатогенных грибов

37.

Зоохория
Тли – переносчики вирусов

38.

Зоохория
Голландская болезнь вязов

39.

Антропохория
самый непредсказуемый тип переноса
Антракноз дыни
Colletotrichum lindemutianum
Распространился в СССР
вдоль железных дорог с
выброшенными корками
пораженных дынь

40.

Антропохория
1) Распространение фитопатогенов с семенным,
посадочным материалом
2) С сельскохозяйственной продукцией,
оборудованием, удобрениями, грунтами,
техническими жидкостями и т.д.
3) С образцами для научных исследований
4) Расширение ареалов и интродукция новых видов
5) Биотерроризм

41.

Антропохория
Распространение фитопатогенов с семенным, посадочным материалом
Возбудитель болезни лимона мальсекко Deuterophoma tracheiphila.
Завезен в 1936 г. в Абхазию с посадочным материалом лимонов из
Италии.

42.

Антропохория
С образцами для научных исследований
Индийская головня пшеницы Tilletia indica была завезена в Новый
Свет с семенами сортов пшеницы, которые мексиканские
селекционеры использовали в селекционной работе. Впервые была
обнаружена на селекционных делянках в США в штатах Аризона и
Калифорния в 1996 г. (Ykema et al., 1996; Evans, Waller, 2010), а затем
распространилась по Центральной и Северной Америкам.
Считается, что экономические последствия сравнимы с потерями,
если бы пшеница в этих штатах была просто уничтожена.

43.

Антропохория
Расширение ареалов и интродукция новых видов
Завоз кофе в 20-х годах ХХ века из Эфиопию в Западную Кению вызвал
переход на кофе гриба Colletotrichum kahawae, который паразитировал на
родственном кофе дикорастущем виде Cofea eugenioides. Заболевание,
получившее название «болезнь ягод кофе», после этого распространилось
по всей Африке .

44.

Антропохория
Биотерроризм
В конце ХХ века в бразильской провинции Бахия возникала
эпидемия какао, вызванная тропическим агарикоидным грибом
Moniliophthora perniciosa. Этот гриб распространен на посадках
какао в Амазонии.
Специалисты считают невозможным попадания гриба из зоны
Амазонки в провинцию Бахия естественным путем. В занесении
паразита были обвинены активисты проведения земельной
реформы, которые якобы сделали это с целью дестабилизации
местного правительства – противника реформы. Урожай какао
вследствие болезни упал на 75%, что вызвало серьезные
экономические потери. А через год нашелся и исполнитель этого
биотеррористического деяния

45.

Вторичное заражение
Аллоинфекция – заражение спорами, сформированными
на других растениях и принесенных тем или иным
способом.
Автоинфекция – заражение спорами, сформированными
на других частях того же растения.

46.

Вторичное заражение
Эффективность алло- и автоинфекций
зависит от индивидуальных особенностей
растений и густоты их стояния.
У яблони площадь листовой поверхности
выше, чем у пшеницы, поэтому интенсивность
поражения яблони определяется главным
образом автоинфекцией, а пшеницы –
аллоинфекцией.

47.

Вторичное заражение
В начале эпифитотии фитофтороза картофеля
сомкнутая посадка растений в рядках создает
благоприятный микроклимат, но при этом
отсутствует движение воздуха. Поэтому
преобладает автоинфекция.
После гибели многих листьев от болезни поле
разреживатся, поэтому в конце эпифитотии
преобладает аллоинфкция.
При густоте стояния ячменя < 60 растений на
кв.м. преобладает аллоинфекция мучнистой
росой, а при густоте > 60 – автоинфекция.

48.

Вторичное заражение
Моно- и полициклические болезни
Признаки
Паразитический
цикл
Восприимчивые
органы и ткани
Переход к
покоящимся
структурам
МоноДлинный,
сравнимый
с циклом хозяина
Существуют
короткий период
ПолиКороткий, в несколько раз
короче хозяина
Существуют долго, часто
сравнимо с периодом вегетации
хозяина
Быстрый, часто не
Медленный, обусловленный
связанный с состоя- неблагоприятными погодными
нием хозяина и
условиями или гибелью хозяина
пого- дными
условиями

49.

Сохранение
Способы зимовки
1) Мицелий на живых растениях
2) Покоящиеся структуры на растительных остатках и в
почве
3) Мицелий на растительных остатках и в почве весной
и осенью и покоящиеся структуры зимой
4) Покоящиеся структуры и мицелий на поверхности и
внутри семян

50.

Сохранение

51.

52.

РОЛЬ СОРТА
Устойчивость к заражению
Для образования одно пятна на листьях картофеля сорта Бинтье
требуется 5 зооспор Phytophthora infestans, а на листьях сорта
Аккерзеген – 100 зооспор. Для заражения устойчивых сортов требуется
более продолжительный период увлажнения, чем для заражения
восприимчивых
Сорта
Продолжительность увлажнения
(часы)
4
8
Северная Роза
100
97
Лорх
64
80
Олев
0
44
Истадес
27
90

53.

ВОЗРАСТНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ

54.

ВЛИЯНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ
УСТОЙЧИВОСТИ

55.

56.

Проблемы, вызванные глобальным
потеплением
1. Продвижение возбудителей болезней в новые
районы.
2. Усилилась вредоносность ранее
встречавшихся в регионах болезней и
вредителей вследствие
а/ мягкие зимы не способствуют гибели
зимующего запаса инфекции;
б/ повышенное содержание СО2 и высокие
летние температуры усиливают
агрессивность возбудителей мучнистой росы,
ржавчины и др. (укорачивают латентный
период, усиливают споруляцию);

57.

в/ эти же факторы снижают иммунитет растений
(экспериментально установлено снижение
устойчивости пшеницы к бурой ржавчине,
подсолнечника к заразихе, табака к
фитофторозу)