Влияние высоких температур на развитие болезней и вредителей культурных растений

Аннотация

За последнее десятилетие наблюдается устойчивая тенденция к повышению среднегодовых температур в глобальном масштабе. Это оказывает значительное влияние на сельскохозяйственное производство, включая физиологию культурных растений, агротехнические приемы и стабильность урожайности. Повышенные температуры существенно влияют на динамику развития, распространения и биологию ряда экономически важных болезней и вредителей, создавая новые вызовы для защиты растений и устойчивого управления агроэкосистемами.

Многочисленные исследования подтверждают, что высокие температуры одновременно воздействуют на патогены, вредителей и устойчивость растений, приводя к смещению традиционных циклов развития, увеличению инфекционного давления и адаптации патогенных микроорганизмов. Высокотемпературный стресс оказывает широкий спектр воздействия на растения с точки зрения их физиологии и биохимии. Чаще всего физиологические повреждения у культурных растений в результате высоких температур выражаются в ожогах листьев и стеблей, преждевременном листопаде, подавлении роста молодых побегов, деформации или абортации плодов. Эти изменения приводят к существенному снижению фотосинтетической активности, нарушению водного баланса и, в конечном итоге, к снижению урожайности и ухудшению качества продукции. У некоторых видов также наблюдается ускоренное старение тканей, нарушение опыления, а также повышенная чувствительность к патогенам и абиотическим стрессовым факторам.

Повреждение малины, вызванное высокими температурами

Под влиянием температурного стресса плодовые культуры претерпевают значительные биохимические изменения, затрагивающие как первичный метаболизм, так и синтез защитных соединений. Среди наиболее распространенных реакций — повышенное накопление активных форм кислорода, которые индуцируют окислительный стресс в клетках (Mittler, 2002). Это активирует ферментативные антиоксидантные системы, направленные на детоксикацию и стабилизацию целостности мембран (Hasanuzzaman et al., 2013). Кроме того, наблюдается усиленный синтез осмопротекторных веществ, таких как пролин, сахара и глицерин, которые поддерживают удержание воды и защищают белки от денатурации (Wahid et al., 2007). Температурный стресс также ингибирует активность ключевых ферментов, связанных с фотосинтезом, нарушает метаболизм макроэлементов (таких как Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺) и снижает синтез хлорофилла, приводя к фотодеградации (Camejo et al., 2005).

Повреждение сливы и лещины, вызванное высокими температурами

При длительном стрессе регистрируется накопление фенольных соединений, флавоноидов и фитоалексинов, которые выполняют защитную функцию, включая антимикробную активность, но часто за счет роста и плодоношения (Krasensky & Jonak, 2012). Интенсивность биохимического ответа является видоспецифичной и сортоспецифичной и зависит от возраста растения и предшествующих условий выращивания.

У зерновых культур установлено, что высокие температуры приводят к снижению активности фермента нитратредуктазы, регулирующего азотный обмен. Это сильно влияет как на состав, так и на массу зерна (Paulsen, 1994).

Помимо растений, высокие температуры также влияют на развитие болезней и вредителей.

Температура является одним из основных факторов, сильно влияющих на распространение и развитие насекомых (Stange and Ayres, 2010). Насекомые являются пойкилотермными организмами, т.е. не имеют собственной постоянной температуры тела. Они принимают температуру окружающей среды и зависят от нее. Все метаболические процессы происходят в определенных температурных пределах. С повышением температуры большинство видов насекомых начинают потреблять большее количество пищи, ускоряется их развитие, и они становятся более активными, что, в свою очередь, влияет на их жизненный цикл, численность популяции и географическое распространение (Porter et al., 1991). Некоторые виды не могут адаптироваться к более высоким температурам, что приводит к замедлению развития и сокращению их популяций. С другой стороны, существует множество видов насекомых, для которых более высокие температуры способствуют более быстрому размножению, увеличению числа поколений и повышению плотности популяции (Bale et al., 2002; Skendžić et al., 2021). Например, при более высокой температуре и повышенной влажности воздуха популяции табачной белокрылки (Bemisia tabaci) значительно увеличиваются (Pathania et al., 2020). На овощных культурах Reddy (2013) наблюдал ускоренное развитие популяций капустной мухи (Delia brassicae W.), луковой мухи (Delia antiqua M.), колорадского жука (Leptinotarsa decemlineata S.) и кукурузного мотылька (Ostrinia nubilalis H.).

У плодовых видов наблюдается увеличение числа поколений у яблонной плодожорки (Cydia pomonella L.) и красного плодового клеща (Panonychus ulmi Koch) (Porter et al., 1991). Наиболее благоприятные температуры для развития насекомых находятся в диапазоне от 10° до 30°C. Для отдельных стадий развития существуют различные оптимальные температуры, при которых физиологические процессы протекают наиболее интенсивно. При этих оптимальных температурах насекомые живут дольше всего и проявляют максимальную плодовитость. Для каждого вида существует так называемый нижний и верхний температурный порог развития, то есть самая низкая и самая высокая температура, ниже и выше которой развитие насекомых замедляется или прекращается. Когда температура поднимается выше верхнего порога развития или выше 40°C, у многих насекомых наблюдается летальный эффект. При таких высоких температурах разрушаются ферменты и клетки крови в организме насекомого, что приводит к его гибели. Например, личинки яблонной плодожорки (Cydia pomonella L.) погибают при температуре 48°C (Tang et al., 2000). Яйца непарного шелкопряда (Lymantria dispar L.) не вылупляются при температурах выше 55°C (Hosking, 2001).

Температура существенно влияет на развитие, вирулентность и эпидемиологию болезней культурных растений. Для бактериальных заболеваний наиболее благоприятными условиями для заражения и распространения являются сочетание высокой влажности воздуха и температур в диапазоне от 20 до 30 °C (Pokhrel, 2021). Температуры вне оптимального диапазона – как выше, так и ниже – могут значительно замедлить или полностью предотвратить развитие болезни, подавляя размножение и подвижность патогенов (Cohen & Leach, 2020). Грибные патогены также демонстрируют температурную зависимость. У винограда мучнистая роса (Erysiphe necator) развивается наиболее интенсивно при температурах от 21 °C до 30 °C, в то время как температуры выше 34 °C вызывают гибель конидий (Delp, 1954).

Повышение температуры играет ключевую роль в регулировании процессов споруляции и развития инфекции грибных патогенов у плодовых культур. Исследования показывают, что у фитопатогенов рода Monilinia, ответственных за монилиоз плодов, оптимальная температура для конидиальной споруляции и заражения составляет от 20 до 25 °C. Температуры ниже 10 °C или выше 25 °C подавляют нормальное образование спор и замедляют колонизацию грибным патогеном (Xu et al., 2001). Исследование, проведенное с фитопатогеном Monilinia fructicola, указывает, что с повышением температуры примерно до 25 °C сокращается время, необходимое для высвобождения и прорастания аскоспор, тогда как при температурах, превышающих 30 °C, споруляция ограничена.

Исследования показывают, что бактериальные патогены Xanthomonas arboricola pv. pruni и Pseudomonas syringae (возбудители бактериального рака косточковых культур) оптимально развиваются при температурах 25–30 °C в сочетании с высокой влажностью и могут инфицировать растения в диапазоне от 15 до 35 °C (Rojas et al., 2017; Peetz et al., 2009; West et al., 2024). Прогностические модели показывают, что максимальная скорость роста бактерий in vitro достигает наивысшего значения около 30 °C, в то время как при ≥35 °C она значительно снижается (Rojas et al., 2017).

С увеличением среднегодовой температуры возникает необходимость изменения определенных агротехнических приемов. Для снижения ущерба и потерь, причиняемых вредителями, требуется более раннее и частое применение инсектицидов.

Многие селекционные программы сосредоточены на выведении сортов, устойчивых или толерантных к болезням, а также к изменению климата. Таким образом, будет не только сокращено использование пестицидов, но и повышена устойчивость растений к высоким температурам и засухе.

Изменения климатических условий приводят к более раннему наступлению фаз вегетации, более частым и продолжительным волнам жары, а также засухам, которые напрямую влияют на физиологическое состояние деревьев, фитопатогенную нагрузку и поведение вредителей. В этом контексте необходимо пересмотреть агротехнические и защитные мероприятия. Более раннее появление вредителей требует динамического планирования защиты растений с акцентом на мониторинг, оптимизацию обработок и включение устойчивых технологий. Для снижения ущерба от болезней и вредителей все более важными становятся селекционные программы, направленные на создание сортов и подвоев с устойчивостью к ключевым патогенам и адаптивностью. Для устойчивого производства рекомендуется применение агротехнических приемов, таких как мульчирование и использование покровных культур, которые уменьшают испарение и поддерживают влажность почвы.

Использование органической мульчи, такой как солома или древесная щепа вокруг основания деревьев, сохраняет влажность почвы и уменьшает испарение в самые жаркие периоды. Мульча помогает подавлять рост сорняков, тем самым предоставляя деревьям больше ресурсов для борьбы с жарой.

Затеняющие сетки

Затенение является одним из наиболее эффективных методов защиты плодовых культур от экстремально высоких температур. Затеняющие сетки снижают солнечную радиацию на 30–50% и могут понизить температуру примерно на 5°C. Регулярная и правильная обрезка снижает тепловой стресс, обеспечивая более эффективное проникновение и циркуляцию воздуха.

Полив в самые жаркие части дня может привести к испарению до того, как деревья смогут поглотить влагу. Полив ранним утром или поздним вечером обеспечивает попадание воды к корням без потерь из-за высоких температур.

Рекомендуются интегрированные системы капельного орошения и фертигации, а также биологический контроль вредителей. Кроме того, внедрение систем раннего предупреждения и моделей прогнозирования болезней может поддержать своевременное принятие решений. Внедрение новых сортов в сочетании с адаптированными агротехническими подходами является ключевым для поддержания продуктивности, качества и рентабельности сельского хозяйства в условиях изменения климата.

ЛИТЕРАТУРА

1. Bale, J. S., Masters, G. J., Hodkinson, I. D., Awmack, C., Bezemer, T. M., Brown, V. K., ... & Whittaker, J. B. (2002). Herbivory in global climate change research: direct effects of rising temperature on insect herbivores. Global change biology, 8(1), 1-16.
2. Keywords
   високи температуриклиматични условиякултурни растенияовощни видовебиохимични промениагротехнически практикирастителнозащитни практикиустойчиви технилогии