Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей исследователей Лаборатории генной инженерии плодов Института энологии и виноградарства Университета Яманаси, Япония, авторы которой - Ёсинао Аокии и Сюндзи Сузуки – рассказывают о фунгицидной защита винограда от одной из главных угроз.
…Расположенная между 20° и 45° северной широты, Япония имеет схожее географическое положение с другими основными регионами выращивания винограда в Северном полушарии. Однако ее уникальные климатические условия, характеризующиеся большим количеством осадков и влажностью с конца мая по август, совпадающие с критическими фенологическими стадиями виноградной лозы (от цветения до завязывания ягод), делают окружающую среду особенно восприимчивой к грибным и оомицетным заболеваниям, среди которых ложная мучнистая роса представляет собой значительную угрозу, требующую строгих мер контроля при выращивании винограда Vitis vinifera.
Как ложная мучнистая роса стала бичом японских виноградников
Ложная мучнистая роса, вызываемая патогеном оомицетом Plasmopara viticola (Berk. & Curtis) Berl. & De Toni, в первую очередь поражает листья виноградной лозы, но также может поражать побеги, усики и молодые плоды. Объединение поражений листьев в большие хлоротичные области приводит к опадению листьев, снижению фотосинтетической способности и, как следствие, ухудшению удлинения побегов и развития ягод.
Кроме того, патоген преимущественно поражает молодые грозди винограда и ягоды. Зараженные виноградные грозди приобретают характерную свинцовую окраску, за которой следует разрыв кожицы или сморщивание и в конечном итоге опадение ягод, что приводит к значительным потерям урожая.
В Японии, куда V. vinifera была завезена из Франции в 1877 году, заражение ложной мучнистой росой было впервые подтверждено в 1890 году. Первоначально болезнь отметили за ее роль в ускорении опадения листьев виноградных лоз во время дождей в конце августа и сентябре. Однако ее в значительной степени игнорировали из-за отсутствия повреждений плодов, как это было в других европейских странах.
Введение сорта Нео-Мускат (Neo-Muscat) с низкой устойчивостью к ложной мучнистой росе около 1950 года совпало с появлением инфекций в сезон дождей с конца мая по июнь. К 1970-м годам ложная мучнистая роса стала широко распространена как среди столовых, так и среди винных сортов винограда по всей Японии. С тех пор вспышки болезни в Японии демонстрировали бимодальное распределение, достигая пика в июне и сентябре в условиях высокой влажности (≥70%) и температуры в диапазоне от 10 °C до 32 °C.
Традиционно с ложной мучнистой росой в основном борются с помощью бордоской жидкости и химических агентов, разработанных против грибных патогенов.
Оомицеты, хотя исторически классифицируются как грибы, филогенетически отличны и размножаются половым путем через ооспоры, образующиеся в листьях. Ключевое различие между оомицетами и грибами заключается в составе их клеточной стенки и мембраны. Клеточные стенки грибов в основном содержат хитин, хитозан и глюкан, тогда как клеточные стенки оомицетов состоят из целлюлозы и глюкана. Аналогично, эргостерол является доминирующим стеролом в клеточных мембранах грибов, в то время как оомицеты в основном используют холестерин.
Для борьбы с болезнями винограда в Японии использовался разнообразный спектр химических агентов, начиная от традиционных соединений, таких как медный сульфат и дитиокарбаматные фунгициды, до недавно разработанных фунгицидов из различных химических классов.
К ним относятся фталимиды, фосфонаты, фениламиды, 2,6-динитроанилины, цианоацетамидные оксимы, бензамиды, хиноны, хиноны-внешние ингибиторы (quinone outside inhibitors - QoI), хиноны-внутренние ингибиторы (quinone inside inhibitors - QiI), амиды карбоновых кислот (carboxylic acid amides - CAA), пиперидинилтиазолизоксазолины, тиазолкарбоксамиды и ингибиторы оксистеролсвязывающего белка (oxysterol-binding protein inhibitors - OSBPI).
Хронология фунгицидов в японском виноградарстве
В 1899 году бордоская смесь, сочетание извести и медного купороса, была представлена и впоследствии принята в префектуре Яманаси, главном регионе выращивания винограда в Японии. Этот фунгицид оставался единственной мерой борьбы с ложной мучнистой росой винограда до 1960-х годов.
Регистрация сероорганических дитиокарбаматных фунгицидов, таких как манкоцеб и манеб, в 1969 году ознаменовала значительный прогресс в борьбе с болезнями. В 1972 году хиноновые фунгициды (например, дитианон) и фталимидные фунгициды (например, каптан) были зарегистрированы для использования наряду с медным купоросом и дитиокарбаматами.
После регистрации каптана усилия были сосредоточены на внедрении высокоселективных химических агентов, что привело к одобрению фосфонатных фунгицидов, таких как фосетил-алюминий в 1983 году, как в качестве самостоятельного лечения, так и в сочетании с фталимидами. Эти химические агенты проявляют различные способы действия, снижая вероятность развития резистентности. Дитиокарбаматные фунгициды, в частности, остаются краеугольным камнем борьбы с болезнями из-за их широкого спектра действия против ряда патогенов виноградной лозы
Фениламидные фунгициды, примером которых является металаксил, были введены в 1986 году. Металаксил подавляет рост мицелия и споруляцию, нарушая синтез РНК, ДНК и липидов посредством ингибирования включения уридина. Это ознаменовало сдвиг в сторону разработки агентов с одним способом действия, что привело к регистрации 2,6-динитроанилиновых фунгицидов, таких как флуазинам, в 1990 году.
В период с 1997 по 2001 год были зарегистрированы фунгициды QoI фамоксадон и азоксистробин, а также фунгицид QiI циазофамид. Эти соединения оказывают фунгицидное действие, ингибируя митохондриальную убихинолоксидазу (сайт Qo) и убихинонредуктазу (сайт Qi) соответственно.
В 1997 году был представлен фунгицид CAA диметоморф, нацеленный на целлюлозосинтазу, ключевой фермент в биосинтезе клеточной стенки грибка. Дополнительные фунгициды CAA, бентиаваликарб-изопропил и мандипропамид, были зарегистрированы в 2007 и 2009 годах соответственно.
Впоследствии, в 2012 и 2014 годах были представлены пиперидинилтиазолизоксазолиновый фунгицид флуопиколид и тиазолкарбоксамидный фунгицид этабоксам, оба в первую очередь нацеленные на деление клеток.
Флуопиколид нарушает целостность клеточной мембраны путем делокализации спектрин-подобных белков, тогда как этабоксам ингибирует полимеризацию β-тубулина, критический процесс в делении хромосом. Ожидается, что совместное применение фунгицидов CAA и флуопиколида усилит ингибирование деления клеток за счет синергических эффектов.
В 2019 году был зарегистрирован оксатиапипролин, фунгицид OSBPI. Это соединение нарушает липидный гомеостаз, ингибируя оксистеролсвязывающие белки, участвующие в транспорте липидов через мембраны.
На сегодняшний день в Японии зарегистрировано около 60 химических агентов для борьбы с ложной мучнистой росой винограда, причем оксатиапипролин стал последним добавлением. Однако многие из этих агентов были изъяты из программ по борьбе с болезнями из-за появления устойчивых популяций ложной мучнистой росы.
Например, было обнаружено, что метараксил вызывает появление лекарственно-устойчивой мучнистой росы винограда во Франции в 1981 году. В Японии снижение эффективности наблюдалось в 2009 году, а появление устойчивых штаммов — в 2010 году. По этой причине некоторые смеси металаксила были исключены из календаря борьбы с вредителями с 2010 года.
Динамика устойчивости ложной мучнистой росы на винограде к фунгицидам
Широкое распространение азоксистробина, фунгицида QoI, в Японии около 2000 года совпало с растущей глобальной и внутренней обеспокоенностью по поводу изменения климата. В этот период в Японии были зарегистрированы повышение температуры и увеличение уровня осадков.
Повышенные ночные температуры, связанные с ускоренным глобальным потеплением, были связаны с повышенной восприимчивостью японских виноградных лоз к заражению ложной мучнистой росой. Это потребовало многократного применения фунгицидов на основе азоксистробина, начиная с середины мая, критического периода для развития винограда.
Однако в том же году устойчивость к QoI у ложной мучнистой росы винограда была впервые обнаружена в популяциях в северной Италии и Франции и с тех пор подтверждена почти во всех основных винодельческих районах этих двух стран, что резко сократило использование фунгицидов QoI для борьбы с ложной мучнистой росой.
Серьезная вспышка ложной мучнистой росы винограда в префектуре Яманаси в 2010 году выявила проблемы, вызванные этим заболеванием, что привело к значительным экономическим потерям для виноградарей.
В результате производство вина в префектуре Яманаси упало на 26% по сравнению с предыдущим годом. Последующие расследования показали, что опустошение было вызвано ложной мучнистой росой винограда, устойчивой к фунгицидам QoI.
Фунгициды QoI были зарегистрированы во Франции и Италии в 1997 и 1998 годах соответственно, а затем поступили в продажу в Японии в 2000 году. Первоначально не было никаких доказательств развития резистентности в популяциях японского винограда.
Первое сообщение о резистентности к фунгициду QoI у ложной мучнистой росы японского винограда появилось в 2009 году. Последующие исследования подтвердили широкое распространение точечных мутаций в популяциях ложной мучнистой росы в основных регионах выращивания японского винограда.
В префектуре Яманаси уровень обнаружения ложной мучнистой росы, устойчивой к QoI, вырос с 25,3% в 2008 году до 56,5% в 2009 году, что указывает на быстрый рост распространенности устойчивости к 2010 году. Эти данные свидетельствуют о том, что спад производства вина в префектуре Яманаси в 2010 году был усугублен недостаточным мониторингом развития устойчивости к QoI в популяциях ложной мучнистой росы японского винограда.
При этом следует отметить, что фамоксадон оказывает более сильное селективное давление, чем азоксистробин, потенциально снижая эффективность баковых смесей с цимоксанилом в смягчении развития резистентности.
Учитывая доминирующую природу резистентности QoI, в настоящее время использование фунгицидов QoI для борьбы с ложной мучнистой росой винограда в Японии не рекомендуется.
Диметоморф, первый фунгицид CAA, использовался для борьбы с ложной мучнистой росой винограда с конца 1980-х годов. Появление штаммов, устойчивых к CAA, было впервые задокументировано во Франции в 1994 году, а последующие обнаружения были зарегистрированы во многих европейских странах. Изоляты, устойчивые к CAA, были также обнаружены в азиатских странах, включая Индию и Китай.
Рабочая группа FRAC CAA признает частое обнаружение устойчивых штаммов во Франции, Германии, Швейцарии, Италии и других странах. Однако они предполагают, что фунгициды CAA все еще могут быть эффективными при внедрении тщательного профилактического опрыскивания.
Прим. Рабочая группа FRAC CAA была создана в 2005 году для разработки общих рекомендаций по управлению резистентностью к фунгицидам оомицетов диметоморфу, флуморфу, пириморфу, ипроваликарбу, бентиаваликарбу, мандипропамиду и валифеналату.
Быстрое снижение эффективности фунгицидов CAA может быть замаскировано их частым сочетанием с другими фунгицидами, имеющими различные механизмы действия, такими как фосетил-алюминий.
После своего первоначального появления на рынке в 1997 году диметоморф был запрещен для применения к фруктам, особенно персикам, в Японии, и одобрен только для использования на винограде. Следовательно, использование диметоморфа на виноградниках, прилегающих к персиковым садам, было ограничено или полностью исключено из-за опасений по поводу сноса распылением. Однако одобрение мандипропамида, нового фунгицида CAA для борьбы с мучнистой росой персика, в 2009 году ознаменовало собой значительный сдвиг. Это одобрение совпало с исключением фунгицидов QoI из рекомендуемых руководств по борьбе с болезнями виноградной лозы из-за широко распространенной резистентности. В результате использование фунгицидов CAA на виноградных полях существенно возросло.
К 2024 году японское виноградарство полагалось на три фунгицида CAA для борьбы с ложной мучнистой росой винограда: мандипропамид, бентиаваликарб-изопропил и диметоморф. Примечательно, что введение мандипропамида в 2009 году в Японии совпало с обнаружением устойчивых к мандипропамиду штаммов ложной мучнистой росы в Европе.
Это вызвало обсуждения в рабочей группе FRAC CAA относительно потенциального риска устойчивости к фунгицидам у популяций ложной мучнистой росы японского винограда, учитывая недавнее введение фунгицидов CAA.
В ответ на эти опасения в префектуре Яманаси, регионе, где было рекомендовано применение фунгицида CAA, был инициирован генетический мониторинг устойчивой к фунгицидам ложной мучнистой росы. Устойчивость к мандипропамиду у P. viticola была связана с заменой одной аминокислоты в кодоне 1105 гена целлюлозосинтазы PvCesA3. Однако рецессивная природа этой генетической мутации требует гомозиготности для проявления устойчивости.
Основываясь на этих знаниях, был разработан анализ ASP-PCR (АСП-ПЦР - аллель-специфическая полимеразная цепная реакция с праймером) для быстрого обнаружения мутации гена, связанной с устойчивостью к фунгициду CAA, у P. viticola. Метод ASP-PCR представляет собой вариант метода ПЦР, который использует свойство праймеров ПЦР отклоняться от шаблонной ДНК в зависимости от количества несовпадений между праймерами ПЦР и шаблонной ДНК.
Учитывая эти знания, непрерывный мониторинг распределения и частоты генов устойчивости к фунгицидам имеет решающее значение для управления возникновением рецессивных признаков устойчивости. Высокопроизводительные методы генетической диагностики имеют важное значение для эффективного надзора.
Оксатиапипролин — это недавно введенный фунгицид в японском виноградарстве для борьбы с мучнистой росой винограда. Классифицированный как фунгицид OSBPI, оксатиапипролин воздействует на связывающие оксистерол белки, которые необходимы для внутриклеточного транспорта стеролов, ключевых компонентов клеточных мембран и органелл. Ингибируя эти белки, оксатиапипролин нарушает образование липидов, критически важный процесс для поддержания клеток, включая внутриклеточную мембранную сигнализацию и биогенез клеточных мембран. Это в конечном итоге ингибирует образование спороцист и прорастание спор.
Оксатиапипролин был зарегистрирован и продавался как фунгицид в Японии в 2016 году после его коммерциализации во Франции и других европейских странах в 2012 году.
Согласно исследованию FRAC 2018 года, сниженная восприимчивость к оксатиапипролину была задокументирована у нескольких оомицетов, включая патогены, ответственные за фитофтороз картофеля и ложную мучнистую росу огурцов. Более того, легкость, с которой были получены устойчивые мутанты в лабораторных исследованиях с участием оомицетов, вызывающих фитофтороз перца и фитофтороз клубники, подчеркивает восприимчивость оомицетов к развитию устойчивости к оксатиапипролину. Следовательно, FRAC классифицировал риск устойчивости к оксатиапипролину как средний или высокий.
В настоящее время в Японии не было сообщений о штаммах мучнистой росы винограда, устойчивых к оксатиапипролину.
Для снижения риска развития резистентности в Японии прекращено использование оксатиапипролина в качестве самостоятельного фунгицида. Вместо этого были разработаны комбинированные продукты, включающие оксатиапипролин либо с гидратом фамоксадона, либо с гидратом манкоцеба.
Стратегии борьбы с ложной мучнистой росой винограда с учетом риска устойчивости патогена
Оценка FRAC 2019 года классифицировала ложную мучнистую росу винограда как патоген с высоким риском развития устойчивости к фунгицидам. Быстрое появление и распространение устойчивых штаммов серьезно ограничило эффективные варианты химического контроля в японском виноградарстве.
Даже оксатиапипролин, новейший фунгицид, представленный в Японии, показал пониженную эффективность против ложной мучнистой росы винограда в Европе. Хотя в Японии не было зарегистрировано ни одного случая устойчивости, историческая картина развития устойчивости предполагает, что устойчивость к оксатиапипролину весьма вероятна.
Для борьбы с устойчивостью к фунгицидам стратегии химического контроля должны соответствовать двум ключевым критериям: избегать перекрестной устойчивости между комбинированными фунгицидами и обеспечивать обратимость устойчивости после прекращения использования фунгицида посредством мониторинга.
Однако эти теоретические принципы сталкиваются с практическими проблемами: многие коммерческие фунгициды имеют схожие механизмы действия, а доминирующее наследование генов устойчивости у ложной мучнистой росы винограда часто препятствует восстановлению восприимчивости к фунгицидам даже после прекращения использования.
Более практичный подход заключается в диверсификации применения фунгицидов путем использования нескольких агентов с различными механизмами действия, как это делалось в течение последних 40 лет для многих культур по всему миру.
Например, фунгициды с низким риском устойчивости, такие как сульфат меди или дитиокарбаматы, служат в качестве основных агентов. Затем фунгициды CAA и оксатиапипролин можно чередовать раз в два года в периоды высокого риска (например, высокая влажность и температурные условия в июне). Хотя эта стратегия не может полностью предотвратить развитие болезни, она значительно снижает заболеваемость по сравнению с ежегодным применением тех же фунгицидов.
Японские рекомендации требуют строгого соблюдения ротации фунгицидов разных штаммов каждые два года. Однако поддержание этой системы ротации без периодического внедрения новых фунгицидов будет становиться все более сложной задачей, поскольку устойчивые штаммы продолжают появляться. Поэтому постоянный мониторинг устойчивости к фунгицидам остается необходимым.
С другой стороны, концепция комплексной борьбы с вредителями (IPM) начала привлекать внимание производителей, обеспокоенных снижением риска возникновения ложной мучнистой росы, устойчивой к фунгицидам, вызванной химическими агентами.
IPM — это концепция «принятия соответствующих мер для комплексного снижения или минимизации рисков для людей и окружающей среды с учетом экономической эффективности путем использования всех доступных технологий борьбы с вредителями».
В IPM химические агенты, которые использовались в качестве основных средств борьбы с вредителями, используются только в качестве дополнения к существующим химическим агентам, что позволяет плавно перейти к выращиванию с уменьшенным количеством фунгицидов за счет сокращения количества используемых химических агентов без каких-либо трудностей. Ожидается, что это снизит появление устойчивых к лекарственным препаратам грибов и оомицетов. В японском виноградарстве также ведется разработка микробных фунгицидов против нитчатых грибных заболеваний. Мониторинг ложной мучнистой росы и других заболеваний на виноградниках имеет кардинально важное значение для эффективного использования этих микробных фунгицидов.
По статье Ёсинао Аоки и Сюндзи Сузуки (Лаборатория генной инженерии плодов, Институт энологии и виноградарства, Университет Яманаси, Япония), опубликованной в журнале Agriculture 2025 на портале www.mdpi.com.
На фото вы видите симптомы ложной мучнистой росы винограда. (а) Лист. (b) Молодые плоды. Фото принадлежит группе указанных авторов.
