Фузариоз колоса

На фото — колосок ячменя не совсем привычного вида. Некоторые колосковые чешуи покрыты оранжевым налетом: это мицелий гриба из рода Fusarium, также заметны черные точки — это его плодовые тела. Фузариевые грибы вызывают опасное заболевание многих зерновых культур под названием фузариоз.

Впервые фузариоз колосьев зерновых описал британский миколог Уортингтон Джордж Смит в 1884 году на пшенице и ячмене. В своей статье он упоминал характерную черту болезни — цвет мицелия гриба-возбудителя, который варьировался от бледно-оранжевого до ярко-алого и даже киноварного (см. картинку дня Краски Древнего мира: киноварь).

В России это заболевание впервые было зафиксировано на Дальнем Востоке в 1882 году, однако еще задолго до этого китайские крестьяне и русские поселенцы сообщали об отравлениях людей и животных зернами и колосками, которые имели розоватый оттенок, и изготовленными из них продуктами. Есть информация о массовом отравлении лошадей, которых кормили зерном во время Русско-турецкой войны в конце XIX века, что также связывают с фузариозом.

Болезнь могут вызывать многие виды грибов из рода Fusarium, но самый распространенный, в том числе на территории России, фузариум злаковый (F. graminearum). Чаще всего в почвенной микробиоте одного поля могут одновременно присутствовать несколько видов фузариевых грибов.

Симптомы фузариоза колоса на колосьях твердой пшеницы (A–D). Зерна, пораженные фузариозом (F–G), в сравнении со здоровыми зернами (E). Изображение из статьи W. Chtioui et al., 2022. Bioprospecting phenols as inhibitors of trichothecene-producing Fusarium: sustainable approaches to the management of wheat pathogens

Фузариоз может поражать не только колос, но также вызывать корневую и прикорневую гнили. Корневая гниль ослабляет проростки и приводит к их гибели, поражает корни, узел кущения — утолщенный участок стебля, от которого отходят боковые стебли, а также вторичные корни. Прикорневая гниль поражает прикорневую зону стебля, она становится бурой, на стебле появляются продольные пятна.

Корневая гниль ячменя на разных стадиях. Фото из статьи S. Moparthi et al., 2021. Fusarium spp. Associated With Root Rot of Pulse Crops and Their Cross-Pathogenicity to Cereal Crops in Montana

Оптимальными условиями для развития фузариозной корневой и прикорневой гнилей являются температура от 8 до 27°С, влажность почвы 40–80%, а также наличие растительных остатков предшественника на поверхности и в верхнем слое почвы. А для развития фузариоза колоса нужна теплая погода с обильными осадками во время цветения растения. Оптимальная температура — 20–25°С, влажность — не менее 75%, а период увлажнения — не менее чем в течение 24–40 часов.

Фузариозная прикорневая гниль пшеницы. Фото с сайта invasive.org

Гриб-возбудитель выживает на растительных остатках предыдущего сезона в виде макроконидий — спор бесполого размножения с плотной стенкой, они многоклеточные и имеют серповидную или веретеновидную форму. А при половом размножении — в виде аскоспор внутри плодовых тел-перитециев. Кроме этого, источниками инфекции могут служить семенной материал и зараженные сорные злаки.

Характерного цвета колония фузариума злакового на картофельно-декстрозном агаре и его макроконидии. Количество септ (перегородок) в макроконидиях может служить отличительным видовым признаком фузариевых грибов. Изображение из статьи D. Pancaldi et al., 2010. Survey of the main causal agents of Fusarium head blight of durum wheat around Bologna, northern Italy

При благоприятных погодных условиях споры фузариума разносятся ветром или разбрызгиваются дождем и попадают на колоски, где прорастают и образуют гифы. Сначала они покрывают поверхность завязи и чешуек, а затем проникают внутрь колоса.

Фузариум злаковый проникает в клетки растения-хозяина при помощи аппрессория, который представляет собой видоизмененный мицелий. У него два типа аппрессориев: меланизированный способен пробить кутикулу растения, а немеланизированный выделяет разрушающие ее ферменты.

Цикл развития фузариоза на колосьях и зернах пшеницы. Рисунок из статьи E. Alisaac et al., 2023. Fusarium head blight on wheat: biology, modern detection and diagnosis and integrated disease management

Фузариевые грибы в процессе своей жизнедеятельности выделяют микотоксины, вредные для здоровья человека и животных. Это вторичные метаболиты, не участвующие в росте, развитии или репродукции гриба. Зачастую достаточно незначительного количества того или иного микотоксина, чтобы оказать пагубное воздействие на организм. Например, зеараленон (ЗЕН; см. Zearalenone) и дезоксиниваленол (ДОН) могут влиять на репродуктивную систему сельскохозяйственных животных, воздействуя на уровень гормона эстрогена. У людей ДОН может вызывать раздражение кожи или слизистой кишечника, провоцируя диарею (вплоть до летального исхода). За счет стабильности при нагревании ДОН может сохраняться в пищевых продуктах. Как вам такая булочка с маком?

Микотоксин Т-2 напрямую связан с алиментарной токсической алейкией, неоднократные вспышки которой отмечались в 1930–1940-е годы в ряде голодающих регионов СССР. По данным ВОЗ, фумонизины ассоциируются с развитием рака пищевода у человека и токсическим воздействием на печень и почки у животных. ДОН и ЗЕН также рассматривались в качестве агентов биологического оружия.

Безусловно, развитие фузариоза колоса приводит к большим потерям урожая зерновых культур, так как пораженные зерна не развиваются должным образом, они мелкие, сморщенные, имеют низкую массу и показатели качества. В англоязычной литературе такие обесцвеченные и непригодные в пищу зерна обычно называются «надгробными камнями». Потери урожая пшеницы могут составлять 50–70%, а на восприимчивых сортах — и все 100%.

Зараженные зерна пшеницы (A) и ячменя (C); 10-дневная колония фузариума злакового на картофельно-сахарозном агаре (B); характерные серповидные макроконидии (D); перитеции (Е); высвобожденные из перитеция аски с аскоспорами (F). Длина масштабных отрезков: D — 20 мкм, Е — 200 мкм, F — 5 мкм. Фото из статьи T. Gagkaeva, A. Orina, O. Gavrilova, 2021. Fusarium head blight in the Russian Far East: 140 years after description of the ‘drunken bread’ problem

Фузариум злаковый способен влиять на уровень активных форм кислорода, который играет важную роль во взаимодействии патогена и хозяина. Есть ряд генов, которые позволяют грибу умело манипулировать защитной функцией растения, за счет чего хозяин может попросту не распознать внедрение патогена. Гриб способен влиять на защитную функцию фитогормонов и транспортировку белков хозяина. Помимо этого, гриб имеет в своем арсенале большое количество белков, вызывающих некроз растений.

Так как фузариевые грибы являются неотъемлемой частью почвенной микробиоты, убрать их из почвы невозможно. Но можно снизить развитие патогенов, используя для посева только семенной материал, своевременно обработанный специальными протравителями, а во время вегетации растения критически важно проводить фунгицидные обработки. Также важны применение удобрений и соблюдение севооборота культур: это означает, что в течение нескольких лет зерновые культуры необходимо чередовать с такими культурами, которые не являются хозяевами для фузариевых грибов. Не последнюю роль в профилактике играет глубокая обработка почвы (вспашка), благодаря чему споры патогенов опускаются в более низкие слои и их жизнеспособность снижается.

Особенно важен научно-обоснованный севооборот и другие профилактические меры в условиях изменения климата. Например, сегодня ученые прогнозируют, что климат Северной Европы станет более мягким и влажным к 2050 году, что будет очень благоприятно для основного виновника фузариоза колоса — фузариума злакового. А в засушливых регионах могут взять верх виды F. sporotrichioides или F. langsethiae, которые продуцируют токсин Т-2.

Фото Юлии Михневич, Владимирская область, 15 августа 2025 года.

Вера Шейкина