Об этиологии голландской болезни вязов

УДК 632.3

ОБ ЭТИОЛОГИИ ГОЛЛАНДСКОЙ БОЛЕЗНИ ВЯЗОВ ABOUT THE ETIOLOGY OF THE DUTCH ELM DISEASE

Черпаков В.В.

Рассматривается этиология симптомов голландской болезни вязов вызываемых грибными и бактериальными патогенами, их соотношение в патологических процессах обусловленных развитием микозов, бактериозов и сопряжённой инфекции.

Discusses the etiology of the symptoms of the Dutch elm disease caused by fungal and bacterial pathogens and their correlation in the pathological processescaused by the development of mycoses, bacterial diseases and the associated infection.

Ключевые слова: голландская болезнь вязов, микозы, бактериозы Key words: Dutch elm disease, mycoses, bacterial diseases

Прошло столетие со времени открытия голландской болезни вязов (ГБВ), одной из наиболее вредоносных болезней лесных пород. Целесообразно оценить состояние изучения этиологии, антропогенного контроля и управления патогенезом. На Западе болезнь получила клише DED (Datch Elm Disease).

Смертельное заболевание ильмовых пород отличается от всех прочих тем, что им поражаются абсолютно все виды рода Ulmus. Не поражающиеся таксоны этого рода древесных растений, многочисленные их гибридные формы неизвестны. Другим отличительным признаком ГБВ является её современное распространение - охвачен весь мировой, как первичный естественный, так и вторичный дизъюнктивный ареал рода Ulmus независимо от условий произрастания растений и их происхождения - естественные первичные древостои в девственных заповедных экосистемах, вторичные, порослевые леса после рубок, лесные культуры и лесополосы, лесонасаждения в парках и городской среде, в т. ч. полученные в процессе естественного и искусственного отбора, насаждения «устойчивых» клонов. ГБВ приняла характер всемирной перманентной панфитотии - в регионах мира периодически возникают всё новые волны усыханий. Возможно, следует вести речь об эволюционно обусловленной, генетической восприимчивости и зависимости всех видах рода Ulmus от ГБВ. Абстрагируясь от физиолого-биохимических и экологических особенностей развития возбудителей инфекции, это касается только патогенеза ГБВ, но не её этиологии.

Главные симптомы в диагностике ГБВ: внешние - «жёлтые флаги» листвы при постепенном усыхании в хронической форме, ожог с побурением и скручиванием листьев ветвей или всей кроны при острой форме; внутренние -поражение сосудов проводящей ксилемы, которые выделяются бурой окраской в виде отдельных точек, прерывистых или сплошных побурений годичного кольца или нескольких колец. В процессе исследований ГБВ оказалось, что эти симптомы присущи не только микозной этиологии, но и бактериозной, что

является однотипной реакцией растения на поражение одних и тех же органов и тканей.

Мнения о причине ГБВ, уже с момента её открытия у фитопатологов были неоднозначные. Сообщение Бруссова (A.Brussoff) в 1926 г. о том, что это бактериоз, вызываемый бактерией Miсrососсusulmi, не получило признания. Не было подтверждено и сообщение о поражении вязов возбудителем бактериального ожога ВасШusamylovorus(Erwiniaamylovora) первооткрывателем этой бактерии Бёрриллом, который установил свойство этой бактерии заражать вязы, задолго до "официального" появления ГБВ [15]. Признание получила грибная природа болезни -Ophiostoma (Ceratocystis) ulmi (конидиальная анаморфа типа Graphiumulmi). На ней сошлись мнения практически всех исследователей. Суть грибного патогенеза сводилась к закупорке сосудов гифами, камедью и их тиллозисом, что перекрывало поступление водных растворов в крону. Гриб также диффундирует в окружающие ткани токсин увядания -цератоульмин.

Между тем, в литературе продолжали описывать бактериозы причастные к усыханию ильмовых. В монографии Бургвица (1936г.) упоминается Рseudomonaslignicola, выделенная из сосудов вяза, но патогенность бактерии не считалась окончательно установленной [1]. В 1945 г., Картер описал бактериоз вязов - "мокрая древесина" и его возбудителя

ErwmianmipressumШ[Щ. Независимо от Картера, в 1963 г. Щербин- Парфененко [14] описал на многих лесных породах, в т. ч. и на ильмовых, бактериальную "водянку" и ее возбудителя Erwiniamultivora. В симптоматике бактериоза характерны разные формы усыхания листьев кроны, мокрое патологическое ядро ствола, трещины стволов и ветвей с потёками.

Описанные болезни, не отождествлялись с ГБВ. Всеобщая уверенность в грибной моноинфекции была перенесена и на само название ГБВ. В качестве синонимов её стали именовать «графиоз», «офиостомоз» («цератостомоз»), что во многом предопределило неверные и ошибочные подходы к оздоровлению и сохранению ильмовых пород. Меры «борьбы» уже разрабатывались не с самой болезнью в природе, а с грибом в чашке Петри. Появилось множество работ и рекомендаций по борьбе с графиозом или офиостомозом. На фоне повсеместного вымирания ильмовых, поиски устойчивых и иммунных видов и форм выявили устойчивость к графиозу мелколистного вяза. Эта ключевая особенность, а также его засухоустойчивость и солевыносливость дали повод для широкого внедрения этого вида в культуру, использования в лесополосах, парковых насаждениях в разных, преимущественно степных регионах СССР. В Великобритании увлеклись гибридизацией мелколистных форм вяза и клонированием найденных устойчивых экземпляров. Предполагается, что первичный генетический центр O. ulmi имеет азиатско-китайское происхождение, как и вяза мелколистного, имеющего первичное генетическое происхождение из маньчжурских лесов Восточной части Азии Согласно теории Н.И. Вавилова при совпадении ареалов паразита и хозяина у последнего в процессе совместной эволюции происходит в генофонде естественный отбор устойчивых и слабопоражаемых форм.

Около 1910 г. гриб был интродуцирован в Европу, около 1920 г. - в Америку, где прошли опустошительные эпифитотии. За несколько лет в США было уничтожено 3 млн. деревьев вяза, в Европейских странах ильмовые полностью выпали из состава лесонасаждений и парков. В 1991г. на Западе Brasier описана новая агрессивная форма патогена - O. novo-ulmi, которая идентифицирована в странах Европы, США, недавно, в России [3, 17]. Это значительно осложнило проблему ГБВ. Традиционными микологическими методами (феноменологический поход) отличить O. ulmi от O. novo-ulmi нереально, новый патоген идентифицируется молекулярно-генетическими методами, тем более нереально разграничить в лесопатологической диагностике в полевых условиях симптоматику этих видов. При выявлении типичных внешних и внутренних симптомов ГБВ сказать однозначно с чем мы имеем дело - микозом (и, если микозом в чистом виде, то каким) или бактериозами, (внешние и частично внутренние симптомы, которых не отличаются от микозных) затруднительно, особенно если лесопа-толог руководствуется только симптоматикой и мотивирован только на микоз-ную этиологию. В ряде публикаций российских исследователей в качестве патогена ГБВ указывают априори O. novo-ulmi.

Ошибочность в диагностических установках и неверных подходах со временем обернулась новой катастрофой. А.Д. Маслов (1970 г.) установил, что в Ростовской, Оренбургской областях, Краснодарском крае вяз мелколистный или перисто-ветвистый поражается графиозом крайне незначительно, но эта порода на 100% поражается мокрым сосудистым бактериозом, сходным с бактериальной водянкой, возбудитель которой Erwiniamultivora[4]. Таким образом, естественная устойчивость к грибному поражению не спасает этот вид от бактериоза. В настоящее время мелколистные формы вяза усыхают повсеместно, где на них делали ставку на Юго-Востоке Европейской России, на Южном Урале, в Западной Сибири. В Великобритании новая волна ГБВ поразила устойчивые клоно-вые насаждения вязов, к 2012 г. было сожжено 100 тыс. пораженных деревьев, под угрозой находится треть всего лесного массива страны. Предполагается, что узкий генетический диапазон «устойчивых» популяций клонов оказался неспособным противостоять O. novo-ulmi[16 ].

Сегодня сложно сказать - имеют ли бактериозы отношение к массовой гибели ильмовых в США и Великобритании, хотя бактериальная водянка там распространена повсеместно. Картер, помимо мокрой древесины вязов (бактериальная водянка), параллельно изучал ГБВ, считая, что бактериоз и микоз работают отдельно, т.е. одни деревья усыхают от микоза, а другие от бактерио-за.Наличие мокрого ядра бактериальной водянки на спилах ветвей и стволов деревьев пораженных ГБВ можно видеть на многочисленных фото сделанных в США и Великобритании, что косвенно подтверждает совместное воздействие микоза и бактериоза. В зарубежных исследованияхне обсуждаются, многие проблемы этиологии ГБВ:

- возможность совместного поражения бактериально-грибной инфекцией ильмовых пород;

- совпадение симптомов бактериозов и микоза в связи с чем повсеместно может происходить ошибка в диагностике и, как следствие, предопределяется неверная стратегия и тактика спасения ильмовых;

- возможность поражения устойчивого к графиозу мелколистного вяза и его гибридов бактериозами и другими патогенами;

- разработка новых подходов к методам дифференциальной диагностики микозов и бактериозов;

- как отличить патологическое ядро бактериальной водянки от настоящего ядра ильмовых пород.

В СССР первое нахождение бактериоза ильмовых, произошло в 1937 г., в период первого нахождения очагов ГБВ в Краснодарском крае. В статье Щер-бин-Парфененко'Толландская болезнь и меры борьбы с нею" в журнале "В защиту леса" (1938 г.) были описаны типичные симптомы бактериальной водянки: "... не так легко найти берест, который не имел хотя бы одной морозобой-ной трещины. Сплошь и рядом из этих трещин вытекает желто-коричневая вязкая жидкость с сильным запахом масляно-кислого брожения. Как известно, в этой слизи можно находить бактерию Micrococcusdendroporthos Lud., в симбиозе с некоторыми грибами. Вблизи раны, во внешнем годичном кольце, наблюдалось сплошное почернена от GraphiumulmiScwarz ...,". Таким образом, констатировалось совместное бактериально-грибное поражение. На фото образцов поражений в статье - поперечные срезы стволов с присущим водянке патологическим ядром тёмной древесины лопастной формы, захватывающей около 80%сечения. В 1937 г., за год до обнаружения в Краснодарском крае ГБВ, выпущенная ЦКЛ (Центральная карантинная лаборатория, г. Москва) брошюра сообщала, что в СССР ГБВ ещё не найдена и является объектом строгого карантина. Очевидно, что развитие патогенеза ГБВ в сочинских лесах уже происходило не год, а длительный период, судя по возрасту поражённых древостоев.

Наши исследования проблемы ГБВ проводились на разных видах ильмовых пород в разных типах заповедных (Кавказский, Тебердинский, Дилижан-ский, Хосровский, Хопёрский, Уссурийский, Сихотэ-Алинский и другие заповедники) и эксплуатируемых лесов, лесополосах, лесопарковых насаждениях на Кавказе, в Западной Сибири и на Дальнем Востоке [8 -13]. Были установлены следующие основные положения в области исследования этиологии ГБВ.

1. На всех видах ильмовых пород выявлены два типа различных по симптоматике и патогенам бактериоза - бактериальная водянка (Erwiniamultivora) и бактериальный ожог с возбудителем, предварительно идентифицированным как Erwinia ligniphila (Erwiniaamylovoravar. ligniphila). В свете новейших номенклатурных раскладов фитопатогенных бактерий, полагаем, что E. multivora может выступать как древесный патовар Pectobacterium (Erwinia) carotovora, а E. ligniphila является одним из видов группы Amylovora, близкая по феноменологии к E. amylovora[13]. Для бактериального ожога ильмовых к симптомам ГБВ добавляются ожог и западения коры с некротизацией луба и камбия или сплошной окольцовывающий некроз.

2. В естественном патогенезе бактериальной водянки установлена возможность проявления типичных «графиозных» закупорок сосудов. Одновременно искусственными заражениями инокулюмом возбудителя бактериального ожога вызваны типичные «графиозные» закупорки сосудов (Рис. 8). Это подтверждает тезис о том, что типичная симптоматика ГБВ с усыханием листьев кроны и наличием «графиозных» закупорок сосудов ксилемы может принадлежать также как минимум двум видам бактериальных патогенов, которые производят закупорку сосудов камедеобразными сгустками.

3. Исследование модельных деревьев вяза мелколистного в лесополосах Западной Сибири (Новосибирская область, Алтайский край) и на Дальнем Востоке (Приморский край) в парковых насаждениях и в естественных дре-востоях (аборигенный вид китайско-манчжурских лесов) показало, что он не поражается О. ulmi. Подтверждается положение Н.И. Вавилова о дивергентной эволюции в системе "паразит-хозяин" и возможности проявления географической устойчивости восточно-азиатских видов ильмовых в отношении О. ulmiв совместной эволюции патогена и растений-хозяев. Однако вид в этих регионахна 100% заражён бактериальной водянкой и в массе усыхает (Рис.1,2,9).

4. Посадка на пень после санрубок не избавляет насаждение от инфекции, вся поросль заражена от пней, закупорка сосудов от корней проникает до 2 м вверх по стволу, а бактериальная водянка выходит в крону. В процессе многолетних исследований нам дважды удалось выявить проявление естественной устойчивости ильмовых пород на агрессивном инфекционном микозно-бактериозном фоне: в Хопёрском заповеднике былвыявлен семенной ильмовник (на месте выпавшего20- 30 лет назад древостояот ГБВ) полностью свободный от графиоза и бактериозов; в Кавказском заповеднике мы находили внешне здоровые без признаков ГБВ и симптомов бактериозов деревья ильма горного при том, что на многие километры в радиусе от таких экземпляров отсутствуют мертвяки на корню, которые обычно стоят десятки лет. Такие экземпляры прошли, естественный отбор на устойчивость одновременно к микозу и бактериозам и представляют огромную селекционную ценность.

5. Детальное обследование более 150 модельных деревьев на Северном Кавказе карагача foliaceae) показало, что он на 90% был заражен бактериальной водянкой, но только в 60% имелись симптомы графиоза, что подтверждено изоляцией патогенов. При этом перекрытие, т.е. совместное поражение, составило 30 %, на закупорки сосудов без патологического ядрапришлось10%, патологическое ядро водянки, которое занимало от 50 до 90% площади поперечного сечения ствола на Н - 1,3м., имели 10% моделей (Рис.5).

6. При наличии типичной симптоматики ГБВ установить этиологию болезни и выявить истинного патогена невозможно ввиду их способности порознь или совместно вызывать одинаковые симптомы. Гриб и возбудители двух бактериозов выделяются на питательные средысовместноне проявляя при этом

6 7 8 9

Рисунок 1, 2. Усыхание вяза мелколистного от бактериальной водянки в Западной Сибири. Рис. 3, 4. Проявление на карагаче бактериальной водянки в «чистом виде» без участия графиоза на Кавказе. Рис. 5. Совместное поражение карагача графиозом и бактериальной водянкой. Рис. 6. Формирование бактериальной водянкой кольца закупорок сосудов. Рис.7. Выход бактериальной водянки в проводящие сосуды ксилемы. Рис. 8. Закупорка сосудов при инокуляции возбудителем бактериального ожога. Рис. 9. Потёк сучка от бактериальной водянки на стволе мелколистного вяза в Приморском крае

антагонизма, а бактерии сразу в смешанной культуре. Одновременно, как гриб так и бактерии могут выступать самостоятельными патогенами и вызывать типичную симптоматику ГБВ, с эксклюзивными особенностями в патогенезе на которые обычно не обращают внимания (рис. 3-6). При исследовании бактериального ожога ильма долинного в Приморском крае мы констатировали полное отсутствие типичных «графиозных» закупорок и отсутствие выделения грибаО. ulmi на питательные среды. Также отсутствовало типичное патологическое ядро бактериальной водянки, а выделенные бактерии не вызывали газообразование и не образовывали пектолитические ферменты (свойства возбудителя водянки).

В этиологии ГБВ могут присутствовать и другие патогены способные вызывать заболевание и гибель ильмовых с типичными симптомами ГБВ. В последние годы из видов вяза получены изоляты бактерий Pseudomonasamygdalipv. ulmi причастной к поражениям коры, Xylellafastidiosa вызывающей ожог листвы ильмовых и фтоплазмы Candidatus phytoplasmaulmi [16]. Устойчивое заблуждение касательно одностороннего подхода к диагностике ГБВ и уверенности в грибной моноинфекции игнорирует всеобщую взаимозависимость процессов и явлений. Наши исследования показывают, что ГБВ имеет ассоциированную этиологию смешанного бактериально-грибного происхождения. Этот подход был высказан автором ещё в 1972 г.[ 6 ] и подтвердился в течение последующих лет исследований [7 - 13]. Методологически, в проблеме усыхания ильмовых пород, отдельно изучаются грибные патогены, отдельно - бактериальные. Ряд авторов в России обращали внимание на совместный патогенез грибов и бактерий, однако,воздействие патогенов рассматривалось и оценивалосьраздельно. Изучение синергетического эффекта, усиливающего вредоносность, отражено только в одной работе [2]. Если не учитывать ассоциированную этиологиюи ориентирование на полигенную устойчивость ильмовых, в дальнейшем можно прогнозировать в проблеме ГБВ новые ошибки и катастрофы. Необходима смена парадигмы и методологии, разработка новых методов исследований. Детерминизм в патологии леса должен стать основой диагностики.

Список использованных источников

1. Бургвиц Г.К. бактериальные болезни растения. Изд-во АН СССР, М. Л. 1936.С. 339.

2. Деревянкин П.В. Бактериозы защитных лесных насаждений полупустыни. //Фитонциды. Бактериальные болезни растений.Часть 2.Киев, Наукова думка, 1985. С. 85-86.

3. Калько Г.В. Голландская болезнь вязов в Санкт-Петербурге //Микология и фитопатология. 2008. - Т. 42. - Вып. 6. - С. 564-571.

4. Маслов А.Д. Уберечь ильмовые насаждения от усыхания //Лесное хозяйство. 1970. №11. С.52-56.

5. Черпаков В.В. Изучение причин усыхания и гибели ильмовых пород на Дальнем Востоке //Актуальные проблемы лесного комплекса. 2011. №30. С.104-109.

6. Черпаков В.В. Голландська хвороба 1бактер1альна водянка шьмових порщ // "Бюлопчш властивосп м1крооргашзм1в". Киев: Наукова думка, 1972. С.7-8.

7. Черпаков В.В., Цилосани Г.А. Возбудители усыхания ильмовых пород // Материалы докладов ТУнаучной конференции микробиологов и вирусологов. Тбилиси, 1981. С.111-112.

8. Черпаков В.В. Проблемы устойчивости горных лесов в системе охраняемых природных территорий Кавказа // Вестник Краснодарского регионального отделения Русского географического общества. Выпуск 3. Краснодар, 2004. С.107-126.

9. Черпаков В.В. Изучение причин усыхания и гибели ильмовых пород на Дальнем Востоке //Актуальные проблемы лесного комплекса. 2011. №30. С.104-109.

10. Черпаков В.В. Инфекционные патологии лесных пород как фактор исчезновения видов в проблеме сохранения биологического разнообразия // Пятые семеновские чтения: наследие П.П. Семенова-Тян-Шанского и современная наука. Материалы межд. науч.-прак.конф. Липецк, 2012. С. 312-320.

11. Черпаков В.В. Биологическая устойчивость лесных пород влесополосах

Западной Сибири. //Межд. науч.-прак. конф. «Лесоуправление, лесоустройство и лесозащита - настоящее, будущее». Брянск, 2012. С. 153-157.

12. Черпаков В.В.Исследование патогенных свойств бактерий «мокрой древесины» // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2015. № 41. С. 158-163.

13. Черпаков В.В. Этиология бактериальной водянки древесных растений // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Выпуск № 220. Санкт-Петербург. 2017. С.125-139.

14. Щербин-Парфененко А.Л. Бактериальные заболевания лесных пород. М.: Гослес-бумиздат, 1963. 148 с.

15.Ячевский А.А. Бактериозы растений. Государственное издательство колхозной и совхозной литературы. М. - Л., 1935. 713 с.

16. Breeding for Dutch elm disease (DED) resistance March 10,

2016.https://arboriculture.wordpress.com/2016/03/10/breeding-for-dutch-elm-disease-ded-resistance

17. Brasier CM, 1991. Ophiostoma novo-ulmi sp. nov., causative agent of current Dutch elm disease pandemics. Mycopathologia, 115(3):151-161.

18. Carter J.C.Wetwood of elms. Bull Illinois Nat. Hist. Surv. 23. 1945. P. 401-448.

19. Harris, J. &Balci, Y. (2015) Population Structure of the Bacterial Pathogen Xylellafastidiosa among Street Trees in Washington DC.PLoS One.10 (3).p1-11.