Биотический и абиотический стресс у гороха

Резюме

Грахът е култура, богата на протеини, минерали и витамини, и играе важна роля за подобряване на протеиновия баланс в храненето на човека. Биотичните и абиотичните стрес фактори са основните бариери за реализиране на потенциала на добива, тъй като страната ни се намира на границата на ареала с оптимални условия. За да се осигури устойчиво производство на грах при въздействието на изменението на климата, са необходими интегрирани подходи за ограничаване на стрес ефектите.

Грахът е една от най-пластичните протеинови култури с голямо разнообразие от форми и сортове, регистрирани в националните и европейските сортови списъци. В световен мащаб селекционните приоритети са насочени към развиване на устойчивост към биотичен и абиотичен стрес, включително устойчивост към хербициди, и към селекция на генотипи с по-висока адаптивност и широка екологична пластичност.

В Институт по зеленчукови култури „Марица“ – Пловдив една от приоритетните научни области на работа е: Разработване на нови сортове и хибриди зеленчукови култури и картофи по конвенционални и биотехнологични методи с добри химико-технологични и органолептични качества – балансирано съдържание на киселини и захари, оптимално съдържание на сухо вещество, богати на природни антиоксиданти, подходящи за прясна консумация и приготвяне на функционални храни, устойчиви към биотични и абиотични фактори.

Културните растения, включително и грахът, са изложени на широк спектър от екологични натоварвания, което намалява и ограничава тяхната продуктивност. При растенията възникват два вида екологичен стрес, които могат да бъдат категоризирани като абиотичен стрес и биотичен стрес. Абиотичните стресове, като ниска температура, замръзване, слани или висока температура, недостатъчна или прекомерна влажност, висока засоленост, тежки метали, хербициди и ултравиолетово лъчение, са неблагоприятни за растежа и развитието на растенията, което неизбежно води до намаляване на добива. Освен че влошават физиологичното състояние на растенията и могат да причинят тяхната смърт, те влияят на целостния имунен отговор и правят растенията по-податливи на патогенни микроорганизми. От друга страна, атаките от различни патогени като гъби, бактерии, оомицети, нематоди и растителноядни животни се включват в биотичния стрес.

Три групи фактори могат да причинят абиотичен стрес при растенията от грах:

- Първата група са минералните нарушения, причинени от дефицит на микроелементи, но в някои случаи и от техен излишък. Понякога наличието на един елемент в прекомерна концентрация може да причини дефицит на друг елемент. Потребността на растенията от грах от хранителни вещества е много по-ниска в сравнение с други култури, основно поради биологичната фиксация на азота.

Въпреки това, те реагират благоприятно на торене с фосфор (P), сяра (S) и калий (K). Прилагането на балансирани торове (NPK) с микроелементи подобрява усвояването на водата и спомага за повишаване на толерантността към суша и топлинен стрес. Прилагането на арбускуларни микоризни (AM) гъби също влияе на толерантността към воден стрес. Прилагането на микробни инокуланти оказва малък ефект върху агрохимичните свойства на почвата, но увеличава концентрацията на микроелементи в надземната и кореновата биомаса; увеличава колонизацията на корените с арбускуларни микоризни гъби. При отглеждане на грах при условия на слабо достъпни форми на основни микроелементи, инокулацията с Pseudomonas chlororaphis (B108), Bacillus megaterium (B174) и микробен консорциум (B mix) увеличава съдържанието на един или повече от елементите Mn, Fe, Cu, Zn, Mg и K в зърното.

- Втората група е свързана с фактори на околната среда като суша, заливане, ниски и високи температури, почви с неблагоприятни свойства – засолени, алкални, кисели и др. Въздействието на високата температура и сушата зависи от тяхната интензивност и продължителност и пречи на културите да достигнат максимален добив, в резултат на абортиране на цветове и шушулки. Растенията от грах реагират с намалена азотфиксация, усвояване и асимилация поради намаляване на легхемоглобина в нодулите, както и на техния брой. Стресът от суша влияе негативно на продуктивността, жизнеспособността на полена и флуоресценцията на хлорофила. Заливането засяга редица биологични и химични процеси в растенията и почвите, които могат да повлияят на растежа на културите както в краткосрочен, така и в дългосрочен план. Семената на граха са много чувствителни към заливане по време на покълването, тъй като нивото на техния метаболизъм е високо. Освен това се увеличава честотата на почвени гъбни заболявания. Опазването на влагата, напр. чрез мулчиране в райони, където няма напоителни системи, и използването на водоспестяващи методи за напояване – капково напояване – са сред начините за управление на водния дефицит и поддържане на стабилност на добива. Негативният ефект на соления стрес зависи главно от концентрацията на соли, следвана от генотипа. При ниски нива на засоленост различни генотипове грах показват по-добро покълване на семената, поникване и растеж на растенията. По-нататъшното повишаване на нивото на соленост води до значително намаляване на параметрите за растеж на растенията. Грахът, като култура за хладен сезон, е силно чувствителен към стрес от ниска температура по време на етапите на цъфтеж и ранно образуване на шушулки.

- Третата група фактори е свързана с човешката дейност – прилагане на пестициди, главно хербициди, и въздействието на различни замърсители на околната среда. Високата концентрация на хербициди забавя скоростта на клетъчно деление в клетките на кореновия меристем на граха и оказва силен генотоксичен ефект върху мейотичния процес.

Проблемът с биотичния стрес – нападението на граховите посеви от болести и неприятели – е специфичен за всяка страна, както по отношение на видовия състав, така и по икономическо значение. Биотичният стрес възниква в резултат на увреждане на растенията от други живи организми, напр. плевели, насекоми-вредители, причинители на болести, нематоди и др. Сред тях гъбите и вирусите са най-големите и най-важните групи, засягащи практически всички части на растението и етапи от неговия растеж. Изгниване на разсада, корени и основа на стъблото е комплексно заболяване, причинено от различни почвени патогени, най-често гъбите Pythium sp., Fusarium sp., Rhizoctonia sp. Сред тях особено значение има Fusarium oxysporum f. sp. pisi. Над петдесет изследвани генотипа грах в ИЗК „Марица“ показаха висока устойчивост към патогена в лабораторни и полски условия. Те могат успешно да се използват в комбинативна селекция като донори за разработване на устойчиви сортове – най-ефективният и най-евтин метод в борбата с фузариозното увяхване.

Мозаечна енация по грах (Pea enation mosaic virus)

Растенията от грах са податливи на множество растителни вируси, които причиняват тежки заболявания – Мозаечна енация по грах (Pea enation mosaic virus), Жълта мозаечна вирусна болест по фасул (Bean yellow mosaic virus), Семенопреносим мозаечен вирус по грах (Pea seed-borne mosaic virus, PSbMV). Вирусите се пренасят от листни въшки и заразени семена. Те могат да персистират латентно в много плевелни видове, които служат като резервоар на инфекция. Разработването, въвеждането и отглеждането на устойчиви сортове в комбинация с подходящи агротехнически практики са гаранция за преодоляване на проблема. Видовият състав на болестите по грах при условията на България е представен от патогени, причиняващи петна по листата: аскохитоза (Ascochyta pisi L. и A. pinodes Jones), ръжда (Uromyces fabae Perd By), брашнеста мана (Erysiphe communis Frf. pisi Diet), пероноспороза (Peronospora pisi Syd.).

При полския грах често срещан вредител е граховият зърнояд (Bruchus pisi L.). Вредите се причиняват от ларвата, която за пълното си развитие унищожава голяма част от съдържанието на зърното, засягайки и ембриона. Увредените семена достигат до 56%, имат по-ниско тегло и намалена покълваемост. В някои години сериозни щети причинява граховата листна въшка (Acyrthosiphon pisum Harris); листосвивачките могат да се размножават масово и се считат за сериозен вредител.

Плевелите са сериозен проблем при неконтролираните посеви и причиняват намаляване на добива от 20 до 90%. Освен това те са гостоприемници на много вредители – насекоми, патогени, нематоди. Началните вегетативни етапи на развитие на граха са по-податливи на плевелно обрастване поради бавния те