Связь между питанием и устойчивостью растений к патогенам и вредителям

В том, что эта связь существует, у меня нет сомнений. Мы с коллегами уже давно ее наблюдаем, но тут мне попалась вот эта статья. Очень хочется обсудить ее с коллегами.

(Редакционные поправки приветствуются :))

Удобрение растений оказывает большое влияние на их сопротивляемость болезням и вредителям

Герард Боненкамп “Groenten en Fruit» 6/2015

(перевод мой)

Здоровье растения начинается со сбалансированного питания

Длительное время питание и защита растений рассматривались, как две отдельные темы, однако для получения более здорового и иммунного растения следует гораздо точнее вносить удобрения, исходя из потребности растений. Исследования и практические опыты свидетельствуют, что в начале в растении должно быть меньше азота и больше кальция.

Переход овощеводства на производство продукции с минимальным остаточным количеством пестицидов становится требованием сегодняшнего дня. Все больше тепличных хозяйств ставят перед собой такую задачу. При этом все большее внимание уделяется микробиологической активности в зоне корней при выращивании в инертных субстратах и поддержка растений с помощью природных средств. Однако при поиске систем защиты удобрение обычно оказывается вне поля зрения. Это ошибочный подход, что доказывают исследования Джентсайнике Хофланд-Зиелстра из университете в Вагенингене. Давно известно, что недокормленные растения в большей степени уязвимы. Однако по словам ученой: «Биотрофные грибы, как например, возбудитель настоящей мучнистой росы, получают питание из растения и развиваются в большей степени при избытке определенных элементов». Все еще нередко при выращивании в субстратах схема питания растений не изменяется в зависимости от фазы его развития и зачастую взрослые растения получают то же питание, что и в начале выращивания. Одновременно выращивается все больше различных гибридов, да и сами условия выращивания сильно изменились. Из результатов анализа растительного сока, проводимых лабораторией «NovaCropControl» видно, что баланс элементов питатния в растении регулярно нарушается. Соотношение элементов в растении может значительно отличаться от того, что ожидается на основании соотношения в питательном растворе или от фактического в дренаже. Так например, постоянно наблюдается избыток нитратного азота, который не превратился в белок. По словам  специалиста фирмы «HortiNova» (МГ: лаборатория «NovaCropControl» является ее подразделением) Сьёрда Смита, в схеме питания растений содержание нитратного азота можно спокойно понизить на 25-50% в зависимости от агротехники.

Нитрат снижает сопротивляемость

По мнению Смита избыток нитратного азота является вредным, так как снижает жизнеспособность растения (МГ: мы об этом слышим всю жизнь, но наконец-то появились конкретные рекомендации). Клетки становятся больше, а их стенки тоньше. По мнению некоторых ученых болезни и вредители, подобно волкам в лесу, являются санитарами природы и удаляют все лишнее. Избыток нитратного азота снижает сопротивляемость растений. Невозможно повысить жизнеспособность растений, не управляя уровнем азота. Ежегодно «HortiNova» анализирует тысячи образцов растительного сока и ее специалисты все больше склоняются к мысли, что избыточное содержание нитратного азота негативно влияет на растение. В первую очередь это касается доли нитрата в общем содержании азота. Достоверно известно, что проблемы возникают при доле нитратного азота выше 60%. Так например, при выращивании сладкого перца в трех хозяйствах наблюдается, что пики развития популяций тли совпадают с пиками содержания нитратов в соке растения. Такой же опыт был получен в хозяйстве «Gipmans Planten», которое выращивает зелень в горшочках. Нитратный азот влияет на инвазию тли, при этом тля создает массу проблем при выращивании зеленных культур, где не допускается применение химических средств защиты растений. С тех пор, как два года назад в этом хозяйстве значительно снизили дозы азота, тля перестала быть проблемой. Благодаря пониженному содержанию нитратного азота удалось повысить содержание сухого вещества (показатель ^oBrix), таким образом, растения стали менее привлекательны для тли. По словам владельца хозяйства, тля больше не создает проблем.

Томаты вкуснее при пониженном содержании нитратов

Производитель томатов Марк ван дер Верф не уверен, что снижение содержания нитратного азота снижает нагрузку болезнями и вредителями. «Если вы делаете все, чтобы повысить жизнестойкость растения, то очень трудно выделитьл влияние того или иного фактора. Однако заметно, что чем больше нитратного азота, тем больше повреждений, причиняемых тлей или гусеницами. Раньше у нас было много проблем с тлей. При выращивании огурца это иногда было просто трагедией, пока мы не начали понижать содержание нитратного азота. В настоящее время мы хорошо контролируем популяцию тли с самого начала инвазии.». Он был одним из паервых тепличников в Голландии, который начал применять концепцию «NatuGro» - внесение микроорганизмов в субстрат и периодические подкормки микроорганизмов специальными средствами – что позволило оптимизировать усвоение элементов растениями и повысить сопротивляемость растений.

Производители снековых томатов значительно снизили содержание нитратов. Стандартное содержание нитратного азота в растворе 20-25 ммоль/л. Производимтели попробовали снизить содержание нитрат-иона до 15 ммоль/л за счет применения хлоридов и сульфатов. В анализе растительного сока доля нитратного азота все еще составляет 10% от общего содержания азота. По мнению специалистов фирмы «HortiNova» 10% это нижняя граница содержания нитрватов в растворе, тем не менее, азот все еще обнаруживается в дренаже, это значит, что его доза в растворе может быть еще ниже. Однако производители не смогли еще больше повысить содержание хлора (как заместителя нитрата), поскольку это ухудшало рост растений.

Снижение дозы нитратного азота имеет еще один, возможно, более важный эффект – содержание сахаров (^oBrix) повысилось на 2 единицы. Сейчас томаты в светокультуре обладают 9,5 ^oBrix. Это позволило получить совершенно иной вкус. Первые собранные в этом сезоне томаты (без досвечивания) показывали 8,5-9 ^oBrix.

Благодаря осмотическому давлению нитрат-ионы накачивают в клетки воду, вместо того, чтобы участвовать в образовании клеток и белка. При этом снижается концентрация образовавшихся сахаров. Интересно, что эффект снижения популяции тли ученые объясняют повышенным содержанием сахаров в растительном соке. По мнению ученых, тля и иные сосущие насекомые не переносят повышенного содержания сахаров, поскольку не в состоянии предотвратить их превращение в алкоголь и таким образом отравляются или становятся легкой добычей энтомофагов (МГ: ну да, пьяные ведь).

Удобрения и мучнистая роса

Содержание нитратного азота влияет на восприимчивость растений к настоящей мучнистой росе. Специалисты «HortiNova» считают критической границей 60% нитратной формы от общего содержания азота в соке листьев растения (МГ: напомню, что речь идет об их методиках определения и эти данные нельзя непосредственно экстраполировать на анализы, сделанные в других лабораториях). При превышении этого значения мучнистая роса быстро достигает пика развития. Поскольку нитратный азот очень легко поступает в растение, выход следует искать в снижении его дозы. Однако возможно и стимулировать преобразование нитрата в белок в самом растении. Это преобразование происходит под действием энзима нитрогеназы. Для образования этого энзима необходим молибден. Замечено, что поступление молибдена в растение улучшается благодаря повышенной микробиологической активности в зоне корней. Микроорганизмы денитрифицируют азот и переводят его в другие, доступные для растения формы. Стимулирование микробиологической активности помогает снизить содержание нитратов в растении.

Соотношение калия и кальция является другим важным фактором обеспечения сопротивляемости растения. Эти катионы являются антагонистами, причем калий (К) легко поступает в растение, а кальций (Са) трудно. Поэтому при очень низком содержании кальция в растительном соке приходится немного снижать дозу калия в растворе. Кальций необходим для обеспечения прочности клеточных стенок и сопротивляемости биотрофным грибам, например, возбудителю мучнистой росы. В хозяйстве «Gipmans Planten» при выращивании зелени в горшочках было очень трудно бороться с мучнистой росой, особенно в зимние месяцы. С тех пор, как было значительно понижено соотношение К/Са, мучнистая роса практически не наблюдалась, хотя в хозяйстве продолжали выращивать те же самые сорта, да и климатические условия не изменились. Единственным изменением была доза калия в растворе. В этом хозяйстве для полива растений используется подтопление, при этом 80% раствора возвращается в дренаж. При этом сложно определить, сколько именно калия и кальция потребили растения, однако анализы растительного сока показывают значительное снижение калия в нем. Теперь калий в дренаж практически не поступает, однако по анализам сока видно, что растение получает его в достаточном количестве.

Производитель томатов Марк ван дер Верф добавляет в стандартный раствор 0,3 ммоль силиция (Si), так он делал, еще в то время, когда занимался выращиванием огурца. Силиций обеспечивает прочность клеточных стенок, а также играет роль в повышении сопротивляемости растений.  В его хозяйстве схема удобрения и обеспечение высокой микробиологической активности в зоне корней увязаны в единую систему. По его мнению, питание растений пока еще недостаточно изучено и требует большого количества исследований, однако это не под силу отдельно взятым хозяйствам и должно проводиться на опытных станциях.

Гормональная сопротивляемость и питание растений

Устойчивость растений к болезням и вредителям больше не забота одних лишь селекционеров. Как и у животных и человека, у растений действует гормональная иммунная система, которая включается при появлении вредителей или болезней, чтобы защитить от них организм.  Это так называемая приобретенная системная устойчивость (Systemic Aquired Resistance, SAR) против биотрофных патогенов, например, мучнисторосяных грибов, или индуцированная системная устойчивость (Induced Systemic Resistance, ISR) против некротрофных грибов (Botrytis). В отличие от «встроенной» генетической устойчивости «гормонально устойчивые» растения при отсутствии патогенов и вредителей расходуют больше энергии и ассимилятов на рост и урожай (МГ: получается, что у генетически устойчивых расход ассимилятов на рост и продуктивность не снижается при наличии инфекции, возможно, именно поэтому у гибридов с генетической устойчивостью к мучнистой росе пониженная потенциальная урожайность). В таком случае иммунная система просто «выключена». Пока недостаточно знаний об управлении гормональной усчтойчивостью с помощью агротехники и микроклимата. Ученые считают, что возможно, питание растений в этом случае играет большую роль. По словам Джентсайнике Хофланд-Зиелстра, известно, что добавление в раствор силиция и фосфата стимулирует синтез салициловой кислоты, которая тоже является растительным гормоном. Салициловая кислота играет важную роль в защите растения против мучнистой росы.

Восприимчивость к мучнистой росе поддается измерению

В пока еще не законченном исследовании Хофланд о применении «зеленых средств» для защиты горшечной гербекры от мучнистой росы лаборатория «NovaCropControl» использовала стандартные анализы растительного сока. В результате набралось огромное количество данных о взаимосвязи мучнистой росы и обеспечения растения элементами питания. и в этом исследовании была замечена тесная связь между степенью поражения и соотношением К/Са и долей нитрата в общем количестве азота. Кроме того, на восприимчивость к мучнистой росе влияют также натрий, цинк, медь, молибден и алюминий.

Одновременно исследователей удивило, что при высоком поражении мучнистой росой, в растительном соке обнаруживается повышенное содержание железа. На томате и других плодовых овощных культурах, Хофланд набюдала тесную связь между «показателем зелени листа» и восприимчивостью растения к мучнистой росе. «Показатель зелени листа» в настоящее время широко применяется для оценки обеспеченности растений азотом и измеряется с помощью портативных приборов. Применяя эти приборы, агроном может заметить угрозу мучнистой росы (и принять соответствующие меры) на три недели раньше, чем обычно после появления первых пятен на листьях.