Почвенный микробиом как ключ к здоровью озимого ячменя: альтернатива химическим фунгицидам

Вызовы современного ячменеводства

Ячмень (Hordeum vulgare L.) — одна из древнейших зерновых культур, сохраняющая огромное экономическое значение для пивоваренной, кормовой и пищевой промышленности. Однако его продуктивность постоянно находится под угрозой из-за фитопатогенов, особенно на ранних стадиях роста. В Болгарии, где ячмень занимает второе место по распространенности среди озимых культур после пшеницы, эта проблема стоит особенно остро. Согласно данным, приведенным в исследовании, ячмень — ключевая культура для Болгарии. В среднем за период 2017-2021 годов под его посевы отводилось около 116 300 га, а урожайность достигала 5,3 т/га.

Урожайность культуры существенно снижают болезни листьев. К наиболее экономически значимым патогенам в регионах с умеренным климатом относятся:

• Мучнистая роса (Blumeria graminis f. sp. hordei)
• Бурая ржавчина (Puccinia hordei)
• Сетчатая пятнистость (Pyrenophora teres f. maculata)

При сильных эпидемиях потери урожая могут превышать 30%. Традиционная стратегия борьбы с ними основана на химическом контроле, однако растущая устойчивость патогенов и экологические проблемы требуют поиска альтернативных, устойчивых решений.

От химического контроля к комплексной устойчивости

Одним из наиболее эффективных подходов остается селекция устойчивых сортов. Различают два основных типа устойчивости:

• Расоспецифическая (вертикальная): часто преодолевается новыми расами патогенов.
• Частичная (горизонтальная): 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.

Однако устойчивость сорта — не единственный фактор. Все больше данных свидетельствует о том, что ключевую роль в защите растений играет почвенный микробиом.

Роль микробиома в защите растений

Почвенные микробные сообщества — это не только гаранты плодородия, но и мощный фактор подавления болезней. Микробиом влияет на устойчивость хозяина, обеспечивая антагонистическую активность против патогенов, конкурируя за ресурсы и запуская системные защитные механизмы растений.

Современные инструменты, такие как FAPROTAX и FUNGuild, позволяют связать структуру микробного сообщества с его экологическими функциями. Это дает агрономам экономически эффективное понимание круговорота питательных веществ и патогенных взаимодействий без дорогостоящего метагеномного секвенирования.

Агропрактики, формирующие здоровый микробиом

Исследования показывают, что именно агроэкологические практики определяют, будет ли микробиом работать на защиту урожая.

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 могут не обеспечивать эффективной защиты от патогенов листьев.

Исследования показывают прямую связь: когда в почве много полезных микроорганизмов (таких как бактерии Bacillus и грибы Trichoderma), они сами подавляют возбудителей мучнистой росы и ржавчины. А при традиционной системе с упором на минеральные удобрения в почве преобладают патогены, например, опасный гриб Fusarium.

Полевой эксперимент: органические удобрения против традиционных

Чтобы оценить влияние различных систем земледелия и типов удобрений на устойчивость к болезням, коллектив болгарских исследователей провел эксперимент на озимом ячмене сорта «Zemela».

Методика исследования:

• Системы обработки почвы: сидерация (смесь вики и овса) и традиционная.
• Режимы удобрения: минеральное, вермикомпост, комбинированное, биоуголь и контроль (без удобрений).
• Оценка: Фитопатологический анализ сочетался с функциональным прогнозированием микробных сообществ почвы.

Результаты: явное преимущество органики и сидератов

Сравнительный анализ выявил четкую взаимосвязь между стратегией удобрения, давлением болезни и устойчивостью сорта «Zemela».

• На участках с сидерацией большинство обработок продемонстрировали высокую устойчивость (индекс устойчивости RI ≥ 80%) ко всем трем патогенам.
• Тяжесть заболевания сетчатой пятнистостью была самой низкой при внесении биоугля (11%).
• Мучнистая роса и бурая ржавчина эффективно подавлялись минеральным удобрением, вермикомпостом и комбинированными добавками.

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.

Статистический анализ (ANOVA) подтвердил, что как тип удобрения, так и система управления полем существенно влияют на тяжесть болезней. Органические и интегрированные стратегии, особенно в сочетании с сидератами, показали наилучшие результаты.

Функциональный анализ микробиома: почему это работает

Инструменты функционального прогнозирования дали объяснение этим результатам:

• Анализ FAPROTAX показал, что органические добавки усилили противогрибные функции почвы.
• Анализ FUNGuild выявил более высокую сапротрофную и микоризную активность при органической и комбинированной обработке, что контрастирует с большей численностью патогенов на традиционных участках.

Путь к устойчивому земледелию

Данное исследование восполнило пробел в знаниях о роли типа удобрения в формировании устойчивости озимого ячменя к болезням. Интегрируя фитопатологические оценки с прогнозированием микробного функционирования, оно наглядно демонстрирует, как стратегии удобрения влияют на здоровье посевов.

Вывод однозначен: сочетание севооборота со смесями бобовых и злаковых сидератов и внесение биологически активных органических добавок (биоуголь, вермикомпост) является ключевым компонентом устойчивого управления болезнями ячменя. Этот подход позволяет повысить естественный иммунитет растений, снизить зависимость от химических фунгицидов и создать устойчивые, продуктивные агросистемы.

Ссылка на исследование: www.mdpi.com