Фунгициды применяются к сельхозкультурам с целью борьбы с грибными патогенами и болезнями, которые они вызывают. Однако по мере роста интереса к микробиому растений возникли и вопросы о потенциальных нецелевых эффектах борьбы с вредителями на местную микробиоту. Кукуруза является одной из наиболее широко выращиваемых и экономически важных культур в мире, поэтому одно из исследований в этом новом направлении провели на ней.
Исследователи под руководством микробиолога Брайаны Уитакер и фитопатолога Джозефа Опоку из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США в сотрудничестве с Натаном Клечевски (Syngenta Biologicals) использовали культуро-зависимый подход, чтобы определить, изменит ли системный фунгицид для листвы с множественным механизмом действия сообщество листовых грибных эндофитов листвы (foliar fungal endophyte, FFE) в листьях початка зубовидной кукурузы в двух местах на Среднем Западе США.
В сельскохозяйственных системах исторически основное внимание в большинстве стратегий управления было уделено контролю патогенных грибов, которые снижают всхожесть, укоренение растений и урожайность сельскохозяйственных культур.
Патогены листовых грибов являются одним из подвидов патогенного микробиома, который оказывает особенно сильное воздействие на площадь или производительность фотосинтеза листьев, снижая доступность углеводов ниже по течению и, следовательно, урожайность и качество.
Существует несколько стратегий управления для снижения экологической устойчивости инфекционных грибковых пропагул. Например, производители могут включать в севооборот культуры, не являющиеся хозяевами, или использовать обработку почвы для захоронения растительных остатков, на которых выживают или зимуют патогенные грибы. В качестве альтернативы, листовые фунгициды напрямую снижают воздействие листовых грибных патогенов, особенно при применении в периоды, критические для налива зерна или семян.
Однако, теперь очевидно, что хотя фунгициды успешны против вредных грибов, растения также ассоциируются со многими другими листовыми грибами, на которые может влиять химический контроль. Эти скрытые, бессимптомные обитатели листьев могут иметь множество потенциально полезных функций, включая повышение эффективности использования питательных веществ, устойчивости к стрессам или урожайности или выступать в качестве биоконтроля.
Следовательно, методы, снижающие разнообразие грибов на листьях, могут иметь непреднамеренные последствия для краткосрочного и долгосрочного производства сельскохозяйственных культур.
Использование и химические цели листовых фунгицидов быстро расширились за предыдущее столетие, включая возросшее использование в качестве стимулятора урожайности даже в условиях низкого уровня заболеваемости.
С 1970-х годов большинство новых формул были разработаны как проникающие, односайтовые или одноцелевые обработки, когда активное вещество воздействует на определенную функцию физиологии гриба. Переход к односайтовым формулам в конечном итоге снизил общие нормы внесения и нецелевые воздействия на окружающую среду, но также увеличил потенциал отбора для устойчивости к фунгицидам в популяциях грибов. Действительно, устойчивость к фунгицидам была зарегистрирована среди разнообразного спектра односайтовых фунгицидов, сельскохозяйственных культур и родов грибов.
Чтобы снизить риск развития резистентности, многие современные фунгицидные продукты формулируются как премиксы из двух или более активных ингредиентов, которые различаются по их способу действия. Эти премиксы обычно представляют собой либо комбинацию нескольких односайтовых ингибиторов, либо односайтовый с многосайтовым ингибитором. По своей конструкции премиксы часто оцениваются для охвата нескольких сельскохозяйственных культур и против нескольких патогенов. Однако, поскольку большинство фунгицидов обладают высокой проникающей способностью через листья и могут оставлять химические остатки на хозяине или в окружающей среде, они могут скрытым образом изменять конкурентную динамику между полезными и патогенными грибами, поражающими листья.
Важно подчеркнуть, что микробиом листьев важен для фотосинтеза и урожайности. В микробиоме листьев основную долю составляют грибы, которые могут находиться как на поверхности листьев (эпифиты), так и внутри тканей листьев (эндофиты). В частности, из-за их неотъемлемой физической связи с наиболее важным органом растения, обрабатывающим энергию (т. е. листьями), листовые грибные эндофиты, FFE, были предметом многочисленных исследований как их функциональной роли в здоровье растений, так и способов передачи.
Большинство FFE колонизируют новые растения-хозяева через окружающую среду (т. е. горизонтальная передача), такие как воздух, дождь и растительные остатки, тогда как некоторые могут перемещаться вертикально от семян или пыльцы к растению (т. е. вертикальная передача). Кроме того, их общее воздействие на здоровье растений включает функции защитные/питательные симбионты и антагонисты вредным грибам.
Вместе с тем FFE и их патогенные родственники имеют много общих молекулярных структур, являющихся мишенями для фунгицидов на листьях (например, эргостерол в клеточной мембране, высококонсервативные митохондрии и т. д.) из-за общей эволюционной истории. Поэтому применение фунгицидов может непреднамеренно изменять сообщества FFE и их функциональную связь с хозяином-культурой
Например, в одном исследовании использование фунгицида на основе премикса триазола и стробилурина на кукурузе в Бразилии снизило численность полезных грибов на листьях, которые ранее считались антагонистами патогена Fusarium verticillioides, до 25%.
В связи с этим в данном исследовании была проверена динамика на кукурузе в США. Использовался системный фунгицид многофункционального действия, его тремя действующими веществами являются протиоконазол (ингибитор биосинтеза эргостерола (ингибитор деметилирования)), трифлоксистробин (ингибитор внешнего хинона митохондриального транспорта электронов) и флуопирам (ингибитор сукцинатдегидрогеназы митохондриального транспорта электронов). Фунгицид применялся к соответствующим участкам в фазу выметывания метелок/шелка (VT/R1), а необработанные участки служили контролями.
По итогу, в отличие от бразильской научной работы, сдвиги в сообществах грибов были умеренные и касались, в основном, состава грибного сообщества с точки зрения разнообразия и обилия отдельных видов.
Наиболее распространенным был вид Alternaria sp., составлявший 56,0% всех изолятов, наиболее распространенным порядком грибов был Pleosporales, Capnodiales, Diaporthales, Eurotiales, Glomerellales, Hypocreales, Sordariales, Ustilaginales и Xylariales. Интересно, что Alternaria sp. продемонстрировал тенденцию к более высокому относительному обилию в группе обработки фунгицидом.
Таким образом, в принятиях решений по культивации кукурузы, следует учитывать, что фунгициды для обработки листьев - не единственный, хотя и очень важный, метод защиты кукурузы. Например, в другом исследовании применение фунгицидов в протравителях для семян привело к изменению как бактериального, так и грибного микробиома ризосферы кукурузы, но не микробиома листьев развивающихся сеянцев.
Чтобы полностью понимать долгосрочное воздействие на микробиомные сообщества и их роль в здоровье растений, потребуются дополнительные исследования для сравнения фунгицидов с различными составами и способами применения в разных регионах выращивания, подчеркнули авторы работы.
«В заключение следует отметить, что в нашем исследовании была проверена важность сезонной листовой обработки фунгицидом для сообщества FFE на кукурузе. Мы продемонстрировали умеренное влияние широко используемого листового фунгицида на структуру сообщества FFE и показатели альфа-разнообразия, но не на конкретные таксоны микроорганизмов. Последние данные свидетельствуют о том, что профилактическое применение фунгицидов обычно повышает урожайность кукурузы, даже при отсутствии высокой заболеваемости. Однако, учитывая склонность фунгицидов изменять конкурентную или фасилитативную динамику между нецелевыми таксонами, необходимы дополнительные механистические исследования с использованием культивируемой микробиоты, сфокусированные на чувствительности к фунгицидам и конкуренции между штаммами. Для устойчивого контроля заболеваний и обеспечения продовольственной безопасности потребуется комплексный подход к управлению, который включает целенаправленное применение химических фунгицидов, биологических препаратов, полученных на основе микробного разнообразия, и управление полями с растительным мусором», подытожили авторы работы.
Источник: Phytobiomes (2025). DOI: 10.1094/PBIOMES-09-24-0089-R