В 2014 году биологи-растения из Министерства сельского хозяйства Калифорнии сообщили о тревожном открытии: местные полевые цветы и травы, выращенные в питомниках, а затем посаженные в местах восстановления окружающей среды по всей Калифорнии, были заражены Phytophthora tentaculata, смертельным патогеном экзотических растений. вызывает корневую и стеблевую гниль.
Хотя экологи долгое время с осторожностью относились к патогенам экзотических растений, переносимым импортированными декоративными растениями, впервые в Калифорнии эти микроорганизмы были обнаружены на местных растениях, используемых в восстановительных работах. Их присутствие на участках восстановления породило пугающую вероятность того, что экологическое восстановление, вместо того, чтобы вернуть нарушенным местам их естественную красоту, на самом деле может привести к появлению в дикой природе смертоносных патогенов растений, таких как те, которые связаны с внезапной смертью дуба.
Новая работа команды Калифорнийского университета в Беркли в Колледже природных ресурсов впервые показывает, насколько широко распространенной и смертельной может быть угроза патогенов из питомников восстановления.
Команда обследовала пять местных питомников растений в Северной Калифорнии и обнаружила, что в четырех из них содержатся экзотические или неместные патогены Phytophthora. Исследователи обнаружили, что штаммы патогенов из местных питомников растений иногда более агрессивны, чем штаммы, обнаруженные в дикой природе, и у некоторых из них быстро развивается устойчивость к фунгицидам, которые можно использовать для борьбы с ними.
Работая с восстановительными питомниками по всему штату, исследователи показали, что новые методы управления в сочетании с новыми методами обнаружения патогенов могут помочь этим питомникам ограничить распространение экзотических патогенов.
Некоторые из этих восстановительных проектов стоят десятки миллионов долларов, но, конечно, их реальная стоимость намного выше из-за множества услуг, предоставляемых здоровыми природными экосистемами, включая поддержку биоразнообразия животных и растений, обеспечение хорошей водой и качество воздуха и приятные места для отдыха», - сказал Маттео Гарбелотто, специалист по расширению кооперативов и адъюнкт-профессор экологических наук, политики и управления в Калифорнийском университете в Беркли.
«В экосистемах, затронутых экзотическими болезнями растений, таких услуг значительно меньше, в то время как сток воды и эрозия, появление экзотических растений и животных и даже более сильные лесные пожары могут увеличиться в связи со вспышками болезней в естественных экосистемах», Гарбелотто. сказал.
Эволюция патогенов позволяет перехитрить фунгициды
Бактерии, от которых люди заболевают, постоянно эволюционируют, чтобы противостоять антибиотикам, предназначенным для борьбы с ними, а устойчивость к фунгицидам была зарегистрирована у микробов, вызывающих заболевания сельскохозяйственных растений. Гарбелотто и его команда хотели узнать, может ли широкое использование фунгицидов в питомниках местных и декоративных растений также ускорить развитие устойчивости к фунгицидам у патогенов растений.
Их исследование было отчасти вызвано открытием в лесах Орегона нового штамма возбудителя внезапной дубовой смерти, который очень устойчив к фунгициду, широко известному как фосфит, одному из основных средств, используемых против паразитов растений в лесах Орегона. дикий, потому что его применение не вызывает каких-либо известных негативных побочных эффектов для окружающей среды.
Вместе с группой новозеландских исследователей они решили изучить фунгицидную устойчивость Phytophthora - рода патогенов растений, вызывающих смертельные язвы и корневую гниль - к двум важным фунгицидам, включая фосфит.
Исследователи собрали многочисленные образцы Phytophthora от 11 видов, присутствующих как в лесах, так и в питомниках. Затем они проверили чувствительность к фосфиту нескольких особей каждого вида.
Хотя большинство протестированных видов в целом все еще были чувствительны к фосфиту, штаммы четырех видов были способны противостоять воздействию химического вещества, сообщают исследователи в PLOS ONE. К ним относятся Phytophthora ramorum, паразит, вызывающий внезапную гибель дуба в Северной Америке и внезапную гибель лиственницы в Европе, и Phytophthora crassamura, вид, впервые обнаруженный недавно теми же исследователями Калифорнийского университета в Беркли в питомниках местных растений и на реставрационных участках в Калифорнии.
Некоторые штаммы в пределах каждого из этих четырех видов, хотя генетически почти идентичны штаммам, все еще чувствительным к фосфиту, были устойчивы к нему. По словам Гарбелотто, наличие химической толерантности или химической чувствительности при сравнении почти генетически идентичных штаммов предполагает, что развитие устойчивости произошло относительно недавно, возможно, в ответ на широкое использование фосфитов в местных и декоративных питомниках.
«Эти патогены могут быть буквально наводнены этими химическими веществами в производственных помещениях, и в начале исследования мы предположили, что в таких затруднениях эти патогены будут вынуждены развивать устойчивость», - сказал Гарбелотто.«Действительно, наша гипотеза была верна, и мы обнаружили, что у некоторых из них развилась способность переносить воздействие фосфита».
Хотя фосфит все еще может помочь стимулировать иммунную систему растения, этого может быть недостаточно, чтобы подавить распространение болезни, сказал Гарбелотто.
«Оказывая давление на эти патогены, чтобы они выработали устойчивость к фосфитам, мы эффективно устраняем фосфиты в качестве потенциального инструмента для борьбы со вспышками этих заболеваний», - сказал Гарбелотто. «Кроме того, способность быстро развивать толерантность к фунгицидам может указывать на то, что эти патогены могут быстро адаптироваться к новым условиям. Таким образом, они могут стать грозными инвазивными организмами, заражающими большие площади природных территорий и вызывающими серьезные заболевания и смертность основной местной флоры.."
Распространенная, но поправимая проблема
С момента первого обнаружения Phytophthora на участках реставрации в Калифорнии группа ученых из Калифорнийского университета в Беркли и другие исследователи проследили гибель диких деревьев и растений до штаммов патогена, происходящих из местных питомников, а не от уже обнаруженных штаммов. в дикой природе. Однако лишь немногие исследования задокументировали, насколько распространена эта проблема.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Plant Pathology, исследователи Калифорнийского университета в Беркли изучили 203 отдельных растения в пяти восстановительных питомниках в Калифорнии и обнаружили, что 55 растений были заражены фитофторозом.
«Мы смогли доказать, что это широко распространенная проблема в Калифорнии», - сказал Гарбелотто. «Большая часть растений, которые они использовали, были заражены, и уровни были очень высокими. Для некоторых видов более 50 процентов проверенных нами растений были заражены».
Затем команда работала с зараженными питомниками, чтобы внедрить новые передовые методы управления, чтобы попытаться ограничить распространение болезни без использования фосфита или других фунгицидов. Эти простые рекомендации, которые включали в себя более тщательное управление водными стоками и почвой для уменьшения перекрестного загрязнения, снизили распространенность болезней почти до нуля через год после внедрения.
«Мы смогли доказать, что после года следования рекомендациям эти учреждения были свободны от патогенов, а в других учреждениях, которые не следовали рекомендациям, все еще были патогены», - сказал Гарбелотто. «В результате этих открытий люди в настоящее время вкладывают много денег и усилий, чтобы убедиться, что растения чистые, следуя аналогичным рекомендациям и следя за тем, чтобы не использовались фунгициды, чтобы избежать развития резистентности».