Общие методы защиты растений от вирусной инфекции

Вирусы постоянно присутствуют в растениях, и их вредоносность проявляется, как правило, в стрессовых ситуациях, приобретая хозяйственное значение только при инфицировании сильнопатогенными штаммами. Растения самостоятельно могут защищаться от многих вирусов, но результат этой борьбы проявляется в виде точечных или обширных некрозов, мозаик, деформаций. В результате ухудшается качество продукции и снижается урожайность.

Химические способы борьбы с вирозами пока недостаточно хорошо разработаны, т.к. размножение вирусов настолько тесно связано с обменом веществ растения-хозяина, что непосредственное избирательное воздействие какими-либо препаратами на самого патогена отрицательно отражается и на растительной клетке. Поэтому защита от вирусов сводится скорее к предупреждению заболеваний, вакцинации слабопатогенными штаммами вирусов или к снижению темпов развития вирусных эпифитотий различными агротехническими приемами.

На практике применяют следующие способы борьбы с вирозами:

1. При вегетативном размножении проводят периодическую прочистку посадок маточных растений. Этот метод эффективен для борьбы с вирусами, имеющими хорошо различимые симптомы.

2. Обследование молодых растений и выбраковка пораженных растений с целью уничтожения первичных очагов инфекции. Тщательное обследование растений в период всходов, начала цветения и начала плодоношения.

3. Термотерапия позволяет резко снизить зараженность, а иногда и полностью избавить растения от вирусов. Этот метод можно использовать как для обеззараживания вегетативных органов, так и для борьбы с инфекцией внутри семян. Температурные режимы строго специфичны и рассматриваются ниже в соответствующих разделах.

4. Использование метода культивирования апикальных меристем позволяет избавиться от большинства возбудителей вирозов. Лучший эффект оздоровления от вирусных инфекций получают при комбинировании метода культуры верхушечных меристем с предварительной термотерапией или химиотерапией, при которой в питательную среду для культивирования меристем вводят антивирусные добавки (гликопротеины, полисахариды, нуклеиновые кислоты, антибиотики высших растений) или обрабатывают ими исходные растения-доноры меристем.

5. Борьба с растениями-резерваторами вирусов, с переносчиками инфекции. Сокращение запаса вирусов в объектах окружающей среды (в семенах и в самих растениях, борьба с переносчиками инфекции).

6. Использование иммунных сортов и гибридов. При этом селекционную работу следует проводить не только по признаку устойчивости к вирусу, но, желательно, и к его переносчику. Не меньшее значение имеет получение толерантных (выносливых) сортов, в которых системное распространение вирусов ограничено, понижена их концентрация. Толерантность зачастую приводит к бессимптомному течению заболевания, при этом продуктивность растений практически не снижается.

7. Стимулирование у растений неспецифического иммунитета с помощью элиситоров (индукторов).

8. Преиммунизация, или вакцинация. Известно, что вирулентные штаммы не вызывают симптомы заболевания, если растение предварительно было заражено слабопатогенным или авирулентным штаммом вируса. Подобная вакцинация использовалась ранее для защиты неустойчивых к ВТМ сортов и гибридов томата. Однако, в целом преиммунизация не получила широкого применения из-за возможности мутирования патогена, усиления его вредоносности при совместном заражении с другими патогенами и из-за ряда других причин. Однако в последние годы получены хорошие вакцины не только к ВТМ, но и к вирусу зеленой крапчатой мозаики огурца (Андреева и др., 2000).

9. Изменение генома растений за счет включения новых генов устойчивости, полученных от донора. При введении в клетки гена, отвечающего за синтез белка оболочки вируса табачной мозаики, он вызывает появление устойчивости табака к этому заболеванию. Так, трансгенные кабачки, несущие гены вирусных оболочек желтой мозаики кабачка и мозаики арбуза, не имели симптомов поражения вирусами, тогда как контрольные растения и трансгенные растения с одним геном имели явные повреждения (Аветисов, 1999).

Проведенные полевые испытания устойчивых к вирусам растений томатов, картофеля и многих других культур, полученных при использовании этого подхода, показали его эффективность и перспективность дальнейших исследований в данной области.

10. Государственный и внутрихозяйственный карантин. При импорте растений в сертификационном свидетельстве должно быть подтверждено, что материал не содержит карантинных объектов. Эффективность мероприятий внешнего и внутреннего карантина в значительной мере зависит от надежности и быстроты методов идентификации вирусов.

11. Организационно-хозяйственные мероприятия включают дезинфекцию режущих инструментов и орудий труда в растворе формалина, перманганата калия, спирта или их тепловую обработку, т.к. многие экономически значимые вирусы передаются контактным путем; работа в сменной обуви и одежде; размещение дезинфекционных ковриков перед входом в теплицу; регулярное проведение визуальных обследований растений.

12. Ослабление симптомов заболевания за счет поддержания оптимального режима выращивания культуры, в том числе минерального питания. В период развития эпифитотии растения опрыскивают растворами микроэлементов, фосфорными и калийными удобрениями, которые стимулируют раннее созревание растений и как следствие – наступление возрастной устойчивости.

Последние три способа вместе являются основой так называемых профилактических мероприятий.

Вироиды

Это сравнительно новая группа вирусоподобных фитопатогенов. Фактически вироиды состоят из одной циклической молекулы РНК, которая способна реплицироваться в растении за счет биосинтетических механизмов растения-хозяина. Вироидная РНК состоит из 250-400 нуклеотидов и имеет уникальную структуру. Это – кольцевая молекула с высоким процентным содержанием спаренных оснований, вследствие чего вироиды устойчивы к высоким температурам (свыше 100⁰С) и химическим веществам (фенол, спирты и др.). Вироидные заболевания были известны ранее, но их рассматривали как вирусные или как болезни с невыясненной этиологией.

Вироиды – высокоинфекционные патогены, способные передаваться механически и с прививкой, пыльцой и семенами, насекомыми и таким растением-паразитом, как повилика. Они инфицируют преимущественно культурные растения из класса двудольных. Эффективных средств борьбы с заболеванием практически нет. Эта группа патогенов в большей степени опасна для многолетних и вегетативно размножающихся растений.

Распространению вироидных болезней способствует трудность выявления патогена в образцах исходного посадочного материала, в том числе ввозимого из-за рубежа. В селекционных и генетических работах возможна передача вироидов с пыльцой и семенами. Эти заболевания наносят ущерб цитрусовым, хризантеме, томату, огурцу, баклажану.

Томат может инфицироваться вироидной веретеновидностью клубней картофеля (ВВКК), вироидом экзокортиса цитрусовых, а также вироидами томатов «планта мачо» и апикальной карликовости. В Голландии, а затем в других странах отмечено вироидное заболевание огурца – бледность плодов, которое заметно проявляется в летние месяцы на длинноплодных партенокарпических гибридах. В последние годы все чаще выявляется латентное поражение баклажана, бобов, огурца, вироидами экзокортиса цитрусовых и карликовости хмеля. В целом сведения о распространении и вредоносности вироидных болезней на овощных культурах пока малочисленны.

Диагностику вироидов проводят с помощью растений-индикаторов, а также используют методы определения их нуклеиновых кислот: электрофорез в полиакриламидном геле (ПААГ), молекулярную гибридизацию, полимеразную цепную реакцию (ПЦР).

Основная направленность защиты от вироидов – профилактические меры: использование здорового посадочного материала, дезинфекция инструментов, выбраковка зараженных растений и т.п. Важно учитывать, что растения, пораженные вироидами, нельзя освободить от инфекции методами апикальной меристемы.

Бактерии и фитоплазмы

Бактерии и фитоплазмы относят к прокариотам, т.е. в клетках этих организмов нет настоящего ядра. Кольцевая молекула ДНК располагается в особой зоне клетки, называемой нуклеоидом. По строению клеточной стенки прокариоты существенно отличаются от ядерных организмов – эукариот. В составе клеточных стенок прокариот отсутствуют хитин и целлюлоза, характерные для клеток грибов или растений. Опорный каркас их клеточных стенок образован гликопептидом муреином.

Бактерии – одноклеточные организмы. Длина бактериальной клетки 1 – 3 мкм и ширина 0,3 – 0,6 мкм. Почти все фитопатогенные бактерии (ФПБ) имеют палочковидную форму (исключение – Streptomyces, которые имеют нитчатое строение). Большинство ФПБ подвижно благодаря наличию жгутиков, неподвижных форм немного. Бактерии могут иметь один или несколько жгутиков. В зависимости от количества и расположения жгутиков все подвижные бактерии делят на монотрихов – с одним полярным жгутиком, лофотрихов – с пучком жгутиков на одном из концов клетки и перитрихов – со жгутиками, расположенными по всей поверхности клетки. У большинства подвижных ФПБ жгутики неполярные, реже встречается перитрихальное их расположение.

Нуклеоид бактериальной клетки состоит из ДНК и распределен в цитоплазме в виде мелких зерен, не отделен от цитоплазмы мембраной. Бактериальная клетка окружена сравнительно толстой многослойной оболочкой – клеточной стенкой, внутренний опорный слой которой придает бактерии определенную форму.

При неблагоприятных условиях среды, например под влиянием антибиотиков, у некоторых видов образуются так называемые L-формы без клеточных стенок, которые, однако, при определенных условиях могут восстанавливать свое первоначальное строение.

Оболочка некоторых ФПБ покрыта тонким слизистым слоем из экзополисахаридов, который обладает способностью разбухать, в результате чего образуется капсула. Слизистая капсула имеет большое значение для выживания бактерий в неблагоприятных условиях, они становятся устойчивыми к действию солнечных лучей, химических веществ и к другим факторам. Во влажную погоду бактериальные клетки размножаются на поверхности органов растений и накапливаются в виде скоплений слизи или экссудата.

На особенностях строения клеточной стенки бактерий основан важный метод их идентификации – окраска по Граму. Суть этого метода – окрашивание фиксированных бактериальных клеток раствором кристал-виолета и грамм-йода с последующим обесцвечиванием этиловым спиртом, после чего у одних видов, краситель вымывается из стенок, и они обесцвечиваются (грамотрицательные бактерии), а у других краситель прочно связывается клеточной стенкой. В результате клетки приобретают синий цвет (грамположительные бактерии). Почти все ФПБ грамотрицательные, лишь виды родов Clavibacter и Streptomyces дают положительную реакцию.

ФПБ способны размножаться при 5-10⁰С, оптимальная температура – 25-30⁰С, с повышением температуры до 33⁰С размножение бактерий прекращается. ФПБ для активной жизнедеятельности нужна нейтральная или слабощелочная среда, что отличает их от грибов, для роста которых благоприятна кислая среда.

По характеру питания ФПБ – гетеротрофы и, следовательно, способны расти на питательных средах. На твердых питательных средах бактерии образуют колонии, окраска, форма, поверхность которых типичны для данного вида или штамма. ФПБ синтезируют два типа пигментов: водонерастворимые, которые не попадают в питательную среду, и водорастворимые, диффундирующие в нее. Первые – придают бактериальным колониям характерную окраску, например колонии Xanthomonas имеют желтое окрашивание. Растворимые красящие вещества типичны для некоторых видов рода Pseudomonas. Выделяемый ими зеленоватый пигмент флуоресцирует в ультрафиолетовом свете, вследствие чего эти виды и называют флуоресцирующими псевдомонадами.

Патогенные свойства бактерий связаны с активностью их ферментов и токсинов. Большинство ФПБ имеют ферменты, растворяющие срединные пластинки клеточной ткани – пектиназы, протопектиназы, полигалактуроназы. Особенно высокой активностью отличаются ферменты возбудителей гнилей. Выделяемые бактериями токсины, воздействуя на растение, нарушают его ферментативные системы и вызывают отмирание или увядание пораженных тканей и органов.

У ФПБ преобладает бесполое размножение путем деления материнской клетки пополам. Поразительна скорость размножения бактерий. При благоприятных условиях бактерии могут делиться каждые 20-50 минут. Поэтому многие бактериальные болезни имеют очень короткий инкубационный период.

К основным симптомам бактериальных болезней относятся некроз, хлороз, гниль, опухоль и увядание.

Формы некрозов могут быть различными. Так, угловатая пятнистость листьев огурца (возбудитель – P. syringae pv. lachtymans) проявляется в виде некроза, ограниченного тонкими жилками (рис. 75). Некрозы могут иметь также округлую и другие формы. Некрозы бактериального происхождения характеризуются появлением на них в условиях высокой влажности капелек мутной маслянистой жидкости – экссудата.

При поражении бактериями сочных, богатых углеводами, паренхимных тканей – клубней, плодов, корнеплодов – болезнь проявляется в виде мокрых гнилей. При этом под действием экзоферментов разрушается межклеточное вещество, вследствие чего пораженная ткань превращается в мягкую кашицеобразную массу с характерным неприятным запахом. Например, такой симптом проявляется при слизистом бактериозе капусты (E. carotovora subsp. carotovora) или салата.

Хлорозы при бактериальных инфекциях часто появляются на ранних стадиях заболевания или возникают вокруг некрозов.

Образование опухолей или галлов в результате бактериальной инфекции наблюдается вследствие усиленного деления меристематических клеток. Этот симптом наблюдается при корневом бактериальном раке, который вызывает Agrobacterium tumefaciens (рис. 30).

При болезнях увядания, вызванных бактериями, возбудитель проникает в сосудистую систему, распространяется в проводящих пучках и прилегающих к ним тканях. При этом нарушается нормальный процесс поступления в растение воды, и оно увядает. Другой причиной увядания является отравление токсинами бактерий. К этому типу болезней относятся сосудистый бактериоз капусты (Xanthomonas campestris pv. campestris), бактериальный рак томата, вызываемый Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis (рис. 3).

Фитоплазмы заселяют в основном флоэму, распространяются по растению системно.

Многие виды имеют широкую специализацию, например, возбудитель желтухи астр заражает также морковь, сельдерей, землянику и многие другие растения. Столбур пасленовых поражает растения семейства пасленовых, а также сорные растения других семейств, например, вьюнок, молочай, бодяк и др.

Переносчиками фитоплазм служат в основном цикадки, листоблошки, трипсы и клещи. Ряд паразитов размножается в организме насекомого-переносчика. Такое насекомое приобретает способность передавать инфекцию не сразу после питания на больном растении, а через определённый период, в течение которого фитоплазма размножается в организме переносчика. В растениях фитоплазмы могут сохраняться только в живых тканях: в клубнях, корнеплодах, луковицах, корнях, корневищах.