Plantacje roślin jagodowych – nowoczesna diagnostyka patogenów

Obserwowany na przestrzeni ostatnich kilku lat wzrost nasadzeń jagodników wiąże się z nasileniem skali problemów dotyczących prawidłowego i opłacalnego prowadzenia tych upraw. Jedną z niezwykle istotnych kwestii w tym kontekście jest właściwa ochrona plantacji przed chorobami.

Skutki chorób przyczyniają się do znacznych strat poprzez obniżenie jakości uzyskanych plonów, a nawet mogą spowodować konieczność likwidacji całej plantacji. Najważniejsze z obserwowanych obecnie trudności w ochronie upraw jagodowych są wynikiem:

zmian klimatycznych – brak niskich temperatur zimą sprzyja dobremu przezimowaniu szkodników oraz zwiększeniu liczby ich cykli życiowych, co powoduje wzrost populacji agrofagów,
zaostrzenia wymagań związanych z ochroną środowiska – spada liczba zarejestrowanych środków ochrony roślin, brakuje pestycydów umożliwiających skuteczna walkę z patogenami,
niskiej opłacalności produkcji – dochodzi do redukcji chemicznej ochrony upraw, w efekcie wzrasta populacja szkodników na plantacjach, a walka z nimi w latach kolejnych staje się trudniejsza,
wprowadzania nowych odmian – brak możliwości skontrolowania jakości szkółki i produkowanych tam roślin; nowe odmiany zwiększają prawdopodobieństwo wprowadzenia niewystępujących dotychczas patogenów,
prowadzenia wieloletnich upraw monokulturowych – rośnie populacja określonych grup agrofagów oraz nabywanie przez nie odporności na substancje aktywne.

Wobec powyższych problemów kluczowe staje się szybkie i przede wszystkim właściwe diagnozowanie przyczyn stanów chorobowych, jakie występują lub mogą wystąpić na plantacjach. Coraz częściej również wysoki nacisk kładzie się na wczesne, przedobjawowe identyfikowanie potencjalnych źródeł zagrożeń.

Potrzeba zmian

Dotychczas stosowane metody oceny stanu uprawy i związane z tym planowanie schematu ochrony roślin są głównie oparte na prognozowaniu możliwości wystąpienia choroby na podstawie posiadanej wiedzy, monitorowania plantacji i warunków atmosferycznych czy też pozyskiwaniu informacji o zagrożeniach, np. z bezpłatnych systemów śledzenia modeli chorobowych. Takie podejście obarczone jest sporym prawdopodobieństwem popełnienia błędu przy identyfikowaniu zagrożeń oraz wymusza stosowanie ogólnie przyjętego modelu ochrony uprawy. A często zdarza się, że problemy spotykane na danej plantacji są bardzo zindywidualizowane i obserwowane symptomy wcale nie są wynikiem działania czynnika powodującego podobny obraz w innych agrokulturach.

Sprostać wyzwaniom

W procesie usprawniania produkcji owoców jagodowych pomocne stają się najnowsze technologie oparte na badaniu molekuł, czyli cząsteczek – stąd też ich nazwa: diagnostyka molekularna. W analizach tych bada się m.in. materiał genetyczny patogenów występujących na roślinach. Materiałem genetycznym są tzw. kwasy nukleinowe – DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy) lub RNA (kwas rybonukleinowy). Odznaczają się one kilkoma ważnymi cechami:

są nośnikiem informacji – „zapisane” są w nich informacje o cechach, jakie będzie posiadał dany organizm,
odpowiadają za dziedziczność – są przekazywane potomstwu,
pozwalają odróżnić od siebie poszczególne organizmy – w ich obrębie obecne są fragmenty charakterystyczne tylko dla danego organizmu (niewystępujące u innych), a więc kwasy nukleinowe stanowią „kod kreskowy” dla każdego gatunku.

Ostatnia z wymienionych cech DNA i RNA została wykorzystana do stworzenia nowoczesnych metod badawczych, stosowanych w analizach stanu fitosanitarnego plantacji. Właśnie umiejętność wykrycia takich unikatowych urywków w materiale genetycznym daje możliwość jednoznacznego zidentyfikowania patogennego organizmu w uprawie. Ponadto analizy molekularne cechują się bardzo wysoką czułością. W praktyce oznacza to szansę na określenie obecności agrofaga na plantacji, jeszcze zanim wystąpią widoczne objawy infekcji. Dzięki temu można zastosować właściwy środek ochrony roślin, i to w sytuacji, kiedy populacja patogenu na plantacji jest niewielka. Reasumując – badania z użyciem technik molekularnych, w stosunku do innych metod badawczych, wyróżniają się:

najwcześniejszym wykryciem czynnika chorobotwórczego (przed wystąpieniem objawów),
precyzyjną identyfikację patogenu (rozpoznanie do poziomu gatunku),
wysoką czułością, specyficznością i wiarygodnością (czułość testów molekularnych wynosi 99%, a wyniki fałszywe prawie się nie zdarzają),
szybkością wykonania.

Czas na badania molekularne

Diagnostykę molekularną opartą na badaniach materiału genetycznego patogenów można wykorzystać na wszystkich etapach produkcyjnych, począwszy od momentu zakupu sadzonek, z których będzie zakładana plantacja, a skończywszy na sprawdzeniu obecności na zbieranych owocach sprawców chorób przechowalniczych. Kupno zdrowego materiału matecznikowego to punkt wyjścia do założenia uprawy o wysokim potencjale produkcyjnym. Najważniejsze choroby zagrażające młodym roślinom jagodowym to infekcje wirusowe, choroby układu korzeniowego i bakteryjne.

Poznać wroga

W ostatniej dekadzie obserwuje się wzrost zagrożenia ze strony chorób wirusowych na wszystkich typach upraw. Zmiana warunków klimatycznych – głównie ocieplenie – sprzyja rozwojowi szkodników będących wektorami (organizmami przenoszącymi) wirusy na rośliny. Proces chorobowy w przypadku tych infekcji może być trudny do wykrycia w pierwszych fazach rozwojowych, a występujące wówczas objawy są zwykle niespecyficzne – mogą to być np. drobne plamki nekrotyczne w miejscu infekcji pierwotnej. Późniejsze symptomy chorobowe często prowadzą do licznych deformacji rośliny, powodując niejednokrotnie zahamowanie wzrostu. Obecnie nie ma żadnych dostępnych środków chemicznej ochrony skierowanych przeciwko wirusom – porażone egzemplarze należy zniszczyć, są one bowiem źródłem infekcji dla zdrowych roślin. Koleją grupą groźnych dla upraw jagodowych chorób, jakie mogą zostać wprowadzone na pole z nowo zakupionymi sadzonkami, są te atakujące układ korzeniowy. Stanowią one zagrożenie również na polach, gdzie prowadzono wcześniej długoletnie uprawy sadownicze, takie jak sady wiśniowe czy jabłoniowe.

Wśród sprawców porażenia podziemnej części rośliny należy wymienić grzyby: Phytophthora cactorum, Fusarium spp. i Verticillium dahlie. Symptomy infekcji powodowanych wyżej wymienionymi patogenami są do siebie bardzo zbliżone, a także często nie są widoczne w pierwszym okresie po założeniu plantacji. W przypadku truskawki, w początkowej fazie infekcji widać objawy niepozornego więdnięcia, które dodatkowo mogą być pomylone z reakcją fizjologiczną, wywołaną np. suszą. Zmianie ulega także zabarwienie liści – stają się one jasnozielone i matowieją. W kolejnych etapach rozwoju wszystkich wymienionych schorzeń dochodzi do znacznego uszkodzenia systemu korzeniowego – tkanki brązowieją, po przekrojeniu może być w nich widoczna grzybnia o różnym zabarwieniu (białym, żółtym), lub też korzeń zanika. Na plantacji widać miejscowo uschnięte całe krzaki. W skrajnych przypadkach może dojść do zniszczenia całej uprawy, a zainfekowana grzybami gleba zdyskwalifikuje dane stanowisko dla założenia agrokultury jagodników na kilka, a nawet kilkanaście lat.

Wśród istotnych gospodarczo chorób systemu korzeniowego warto zwrócić uwagę na guzowatość wywoływaną bakteriami z kompleksu Agrobacterium. W obrębie tej bardzo zróżnicowanej pod względem składu gatunkowego grupy mikroorganizmów wyróżnia się gatunki saprofityczne (niegroźne dla roślin), a także takie, które mogą w znaczący sposób zniszczyć system korzeniowy. To właśnie genetyka decyduje o potencjalnej ich szkodliwości wobec rośliny uprawnej – tylko te komórki bakteryjne, które mają specjalny rodzaj cząsteczki materiału genetycznego, są groźne dla plantacji. Zidentyfikowanie tej ostatniej jest możliwe wyłącznie z użyciem badań opartych na analizie materiału genetycznego. Badania molekularne umożliwiają także określenie obecności groźnych patogenów w glebie, co niejednokrotnie jest kluczowe przed założeniem uprawy na danym stanowisku. Tak więc wynik tego typu analizy może mieć istotny wpływ na decyzje dotyczące dalszych profili produkcyjnych gospodarstwa, ale też będzie dla plantatorów jasnym sygnałem do przeprowadzenia właściwych zabiegów przygotowujących glebę pod nowy typ uprawy.

Jeśli chodzi o jakość fitosanitarną zakupionego materiału sadzonkowego, to bardzo ważne jest także określenie możliwości wystąpienia na roślinach chorób wywołanych przez bakterie, takich jak bakteryjna kanciasta plamistość liści truskawki, powodowana przez Xanthomonas fragariae. Jest to podstępna i potencjalnie bardzo groźna choroba, po raz pierwszy raportowana w USA. To właśnie transport zarażonych, bezobjawowych sadzonek ze Stanów Zjednoczonych w drugiej połowie ubiegłego stulecia uważany jest za źródło przeniesienia choroby do innych krajów świata. Pierwsze objawy infekcji bakterią Xanthomonas fragariae widoczne są na spodniej stronie liścia w postaci wodnistych plam, na których można obserwować wycieki bakteryjne. Bakterie są łatwo przenoszone na kolejne rośliny z wodą – podczas opadów deszczu lub przez systemy nawadniania. Choroba może wywołać ogólnoustrojową infekcję korony truskawki, co w latach 60. ubiegłego wieku w stanie Wisconsin doprowadziło do straty owoców w wysokości około 75% plonu. Symptomy bakteryjnej kanciastej plamistości liści truskawki łatwo można pomylić z objawami wywoływanymi przez choroby grzybowe, np. białą plamistość liści truskawki. W Polsce zwiększone występowanie schorzenia związane jest m.in. ze wzrostem areału upraw odmian wrażliwych, takich jak Kent. Obecnie brakuje chemicznych środków ochrony skierowanych przeciw bakteriom, choć stosowanie preparatów opartych na związkach miedzi ogranicza ich występowanie. Jednak ich aplikacja, ze względu na fitotoksyczność, w wyższych fazach rozwojowych od kwitnienia jest niewskazana. W ochronie przed bakteryjną kanciastą plamistością liści kluczowe jest wzmacnianie odporności roślin poprzez implikację preparatów stymulujących. Wczesna diagnostyka obecności patogenu na plantacji może zatem umożliwić wykonanie odpowiednich zabiegów chroniących i wzmacniających rośliny, dając im szansę obronienia się przed infekcją. Przykładowe badania, jakie można wykonać dla materiału szkółkarskiego/matecznikowego z użyciem technik molekularnych, przedstawiono w tabeli 1.

Ochrona plantacji w okresie produkcyjnym

Zastosowanie nowoczesnych metod diagnostycznych pozwala także zoptymalizować chemiczną ochronę plantacji w procesie produkcyjnym. Takie analizy umożliwiają np. wczesne, przedobjawowe wykrycie głównych sprawców spadku potencjału upraw jagodowych, jakimi są grzyby odpowiedzialne za wywoływanie szarej pleśni i antraknozy – Botrytis cinerea i Colletotrichum acutatum. Istotnym zastosowaniem narzędzi diagnostyki molekularnej jest także precyzyjne odróżnienie od siebie tych dwóch chorób. W szarej pleśni stwierdzenie obecności grzyba Botrytis cinerea w pierwszych fazach rozwojowych rośliny na początku okresu wegetacyjnego, przed kwitnieniem, może się okazać niezwykle ważne. Moment pojawiania się pąków kwiatowych to dla zarodników konidialnych idealny czas na wniknięcie do ich wnętrza, gdzie panują doskonałe warunki do rozwoju patogenu, a stąd już tylko krok do porażenia całych kwiatostanów.

Diagnostyka genetyczna patogenów umożliwia identyfikację sprawców chorób wirusowych

Częstym zjawiskiem obserwowanym na pozornie zdrowych plantacjach truskawek jest porażenie przez grzyba dolnej części krzaków, gdzie obserwuje się występowanie białej grzybni. W przypadku borówki wysokiej oraz maliny szara pleśń atakuje również pędy roślin, prowadząc m.in. do jednej z najgroźniejszych chorób, jaką jest zamieranie pędów. W przypadku obu schorzeń niezwykle istotne jest bezobjawowe porażenie owoców. W momencie zbioru wyglądają one na zupełnie zdrowe lub też stopień porażenia jest niewielki. Podczas przechowywania i/lub transportu dochodzi do gwałtownego rozwoju grzybów i masowego uszkodzenia zebranego plonu. Porażone owoce zwykle nadają się wówczas jedynie do sprzedaży przemysłowej. Mówiąc o istotnych gospodarczo chorobach grzybowych dotyczących upraw jagodowych, nie sposób nie wspomnieć o mączniakach prawdziwych. W ostatnich latach obserwowane ocieplenie klimatu zimą i sprzyjające warunki wiosenne przyczyniły się do wzrostu porażenia truskawki przez grzyba Sphaerotheca macularis. Skuteczne diagnozowanie pierwszych objawów tego schorzenia na roślinach jest niezwykle istotne – obserwowane wówczas czerwone przebarwienia na liściach truskawki łatwo można pomylić np. z objawami niedoboru składników pokarmowych.

W prowadzeniu plantacji wieloletnich nieoceniona jest zdrowotność roślin. Z tego względu kluczowe jest obserwowanie uprawy borówki wysokiej oraz maliny w kierunku chorób prowadzących do zamierania pędów. Przyczyny schorzeń z tej grupy dla obu gatunków są bardzo złożone, bowiem powoduje je szerokie spektrum agrofagów. I tak sprawcami zamierania pędów maliny mogą być następujące grzyby: Leptosphaeria coniothyrium, Didymella applanata, Botrytis cinerea, Verticillium spp. oraz gatunki z kompleksu Fusarium (Fusarium avenaceum, Fusarium lateritium). Przebieg infekcji i sposób walki ze schorzeniem są oczywiście zróżnicowane w zależności od gatunku agrofaga, jaki wystąpił na uprawie. Przykładowe badania z użyciem metod molekularnych, jakie można wykonać w uprawach jagodowych w celu optymalizacji procesu produkcji, zostały zaprezentowane w tabeli 2. Tak więc, aby móc sprawnie i efektywnie prowadzić produkcję, niezbędne staje się używanie wysublimowanych i zaawansowanych narzędzi do precyzyjnej identyfikacji mogących wystąpić źródeł lub obserwowanych już problemów. Bardzo pomocne stają się w tym nowoczesne narzędzia diagnostyczne. Intensywny rozwój molekularnych metod badawczych oraz wzrost zainteresowania ich praktycznym zastosowaniem w wielu dziedzinach gospodarki sprawiły, że skomplikowane badania stają się ogólnodostępne dla szerokiego grona odbiorców. Precyzja, wysoka czułość oraz szybkość analiz molekularnych sprawiają, że diagnostyka fitosanitarna oparta na nich cieszy się coraz większym powodzeniem, a uzyskiwane korzyści stają się nieocenione dla zoptymalizowania prawidłowego prowadzenia procesu produkcyjnego owoców.

Instytut Agronomiczny Fertico