Защита растений от болезний Шкаликов 2010. Учебник защита растений от болезней КолосС
 Скачать 26.25 Mb.
|
|
Вирусы — возбудители болезней растений. Вирусы — мельчайшие (субмикроскопические) возбудители болезней растений, животных и человека, не имеющие клеточного строения и способные размножаться только в живых клетках организм а-хозяи- на. Зарегистрировано более 600 фитопатогенных вирусов точное число указать трудно, так как некоторые вирусы представлены многими штаммами, иногда описываемыми как самостоятельные виды. В редоносность вирусных заболеваний проявляется главным образом в снижении урожайности растений и ухудшении качества продукции. Особый вред вирусы наносят при выращивании семенного и посадочного материала. Поражение вирусами отрицательно влияет на пищевую и кормовую ценность продукции, пригодность ее к промышленной переработке. Так, в клубнях картофеля, зараженных различными вирусами, содержание крахмала падает на 1,5...2,0 %, у сахарной свеклы нас ни жается сахаристость. Вирусы вызывают у растений стерильность и несовместимость, что отрицательно сказывается нар а боте селекционеров. У цветочных культур теряется декоративность, что наносит значительный экономический ущерб. Под действием вирусов снижаются сортовая чистота, холодостойкость, зимостойкость, всхожесть семян. В среднем размер убытков от развития вирусных болезней составляет примерно общего экономического ущерба, обусловленного деятельностью всех групп возбудителей болезней и вредителей сельскохозяйственных культур. Приоритет открытия вирусов принадлежит русскому ученому Д. И. Ивановскому, который в 1892 г. экспериментально доказал на примере мозаичной болезни табака наличие мельчайших возбудителей, способных проходить через бактериальные фильтры, не теряя своей инфекционное. Д. И. Ивановский описал некоторые важные свойства этих патогенов. Вслед за Ивановским в 1898 г. аналогичные исследованиям оза ики табака провел голландский микробиолог М. Бейеринк, который и дал название новой группе патогенов — фильтрующиеся вирусы, или просто вирусы, что в переводе с латинского означает яд. Позднее было установлено, что вирусы могут быть и возбудителями болезней животных, а также человека. Строение и размножение вирусов. К вирусам неприменимы традиционные микробиологические методы исследований, поэтому долгое время об их строении, способах размножения и сохранения ничего не было известно. Только в 1935 г. американский вирусолог У. Стенли выделил из листьев табака, зараженных вирусом табачной мозаики (ВТМ ), белковый компонент, получив чистый кристаллический белок вируса. В 1937 г. англичане Ф. Боуден и Н. Пири установили, что кроме белка в состав вируса входит нуклеиновая кислота. Вирус табачной мозаики состоит из белка (95 %) и нуклеиновой кислоты (5 %). 28 Рис. 1. Формы и строение вирусных частица нитевидная частица (общий вид б — палочковидная частица в — тоже, поперечный разрез г — сферическая, или изометрическая, частица (общий вид 1 — нуклеиновая кислота 2 — белковые субъединицы 3 — внутренний канал Говоря о размере и строении вирусов, имеют ввиду вирионы, или вирусные частицы. Размеры вирионов в большинстве случаев составляют нм*. Каждый вирус имеет характерные для него размеры и форму вирусных частиц (рис. 1). Различают в основном 4 формы вирусных частиц палочковидную (ВТМ ), нитевидную вирус «шарки» сливы, сферическую, или изометрическую (вирус бронзовости табака, бацилловидную вирус мозаики люцерны. Форма ви- риона определяется способом ориентирования в пространстве нуклеиновой кислоты и строения белковой оболочки. Белок играет защитную роль, а также обеспечивает проникновение вируса в ткани растения-хозяина. Нуклеиновая кислота является носителем инфекционное и наследственных признаков. Большинство вирусов растений содержит одноце почную линейную рибонуклеиновую кислоту РНК, реже встречаются вирусы с двухцепочными молекулами РНК, закрученными в спираль. Лишь немногие вирусы растений (вирус мозаики цветной капусты) имеют в своем составе дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК). М еханизм размножения вирусов отличается от способов размножения других микроорганизмов. Фитопатогенные вирусы попадают в растительную клетку, например при проколе ткани ротовыми органами насекомых-переносчиков или через мелкие ранки без грубых повреждений клеток) при механической передаче. В клетках зараженного растения вирус репродуцируется путем синтеза отдельных молекул нуклеиновых кислот и белка и последующей сборки из них вирионов. Попав в клетку растения, нуклеиновая кислота вируса освобождается от белковой оболочки и, становясь матрицей, начинает управлять синтезом ферментов клетки Нанометр нм м растения в направлении, необходимом вирусу. Происходит накопление нуклеиновой кислоты в процессе самокопирования репликации) цепочек, имеющихся в клетке, а затем за счет синтезируемых клеткой нуклеотидов. Нуклеиновая кислота вируса содержит информацию для синтеза вирусного белка. Вирусный белок синтезируется на рибосомах клетки-хозяина. Впоследствии происходит объединение нуклеиновой кислоты и структурного белка с образованием вирионов. Нередко вирионы агрегатируют друг с другом, в результате чего образуются вирусные включения кристаллы различной формы кристаллы Ивановского, или, если вирионы соединяются суп лотнениями цитоплазмы, образуются включения в виде аморфных тел. П ри вирусной инфекции имеет место облигатный тип паразитизма, причем его абсолютная форма. Патоген внедряется в генетический аппарат растения, изменяя его в сторону, необходимую для синтеза собственной ферментативной энергетической системы и впоследствии — соответствующих вирусных структур. Номенклатура и классификация фитопатогенных вирусов. Преобладающее большинство вирусов получило название в соответствии с растением-хозяином или по симптомам того растения-хо зяина, из которого их впервые удалось выделить. Принято англоязычное обозначение для наименования вирусов, например tobacco mosaic virus (TMV) — вирус табачной мозаики. В отечественной литературе встречаются русские обозначения, часто в виде аббревиатур, отражающих название вируса (ВТМ). Вирусы делят на семейства ироды (ранее группы за основу деления взяты вид нуклеиновой кислоты, характер генома и морфология частиц. Например, тобамовирусы (типичный представитель рода tobacco mosaic virus) имеют размер вирусных частиц 18x300 нм, широкий спектр растений-хозяев, передаются механически и с семенами. Н еповирусы (типичный представитель рода tobacco ringspot virus — вирус кольцевой пятнистости табака) имеют вирусные частицы размером около 30 нм, широкий спектр растений- хозяев, передаются нематодами, механическим путем, с семенами. Выделено более 25 родов вирусов с указанием типичных и возможных представителей. Симптомы вирусных болезней растений. По характеру проявления симптомы вирусных болезней можно разделить на 5 основных типов угнетение роста, изменение окраски, деформация, некро зы, нарушение репродуктивных функций. При одном и том же вирусном заболевании на растении обычно появляется несколько типов симптомов. Кроме того, всегда следует учитывать, что на выраженность симптомов влияют генетически обусловленная изменчивость патогена и растения-хозяина, а также условия окружающей среды (последние могут привести к исчезновению ранее хорошо различимых симптомов). У гнете ни ер оста может выражаться в общей задержке роста всего растения (например, при желтой карликовости ячменя в укорачивании междоузлий (при метельчатости верхушки картофеля в угнетении роста главных побегов, при этом происходит усиленное образование боковых побегов (при аспермии томата. Угнетение роста — сопутствующий симптом при большинстве вирусных заболеваний. И з мене ни е окраски наиболее распространенный тип проявления вирусных болезней. Листья приобретают мозаичную расцветку, что вызвано чередованием светло- и темно-зеленых участков различной формы. Хлоротичные кольца, извитые, ленточные узоры обычно являются достоверными симптомами вирусных болезней («шарка» сливы, кольцевая мозаика малины. Реже желтеют жилки или прижилковые участки ткани листа (окаймление жилок крыжовника может происходить общее пожелтение, или хлороз, листовой пластинки (желтуха свеклы. У цветочных культур может меняться окраска цветков (пестролепестность тюльпана). Д е формация органов происходит из-за неравномерного роста отдельных участков тканей листьев, плодов, цветков. Например, отчетливая морщинистость или гофрированность появляется на листовой пластинке при морщинистой мозаике картофеля нитевидными и папоротниковидными становятся листья при поражении мозаикой томата. О сновной тип проявления некоторых вирусных заболеваний — локальные некроз ы , обычно серого, бурого, черно-коричнево го цвета, округлой и вытянутой формы, иногда с окаймлением. Они возникают на листовых пластинках, черешках, стеблях, плодах, семенах, клубнях и т. п. Н екрозы — типичный симптом при стрике томата, полосчатой мозаике картофеля, «шарке» сливы. Н екрозы могут возникать в результате гибели растительных клеток из-за непосредственного воздействия вирусов, а также из-за реакции сверхчувствительности, когда растение само убивает свои клетки, чтобы локализовать в них вирусного патогена и препятствовать его системному распространению Нарушение репродуктивных функций растений при вирусных болезнях может проявляться в виде стерильности цветков, бессемянности плодов, опадения цветков и завязей (ас- пермия томата, махровость смородины). И зредка симптомами вирусных болезней бывают опухоли и наросты (разрастание жилок салата, уплощенность и ямчатость ветвей и стволов (бороздчатость древесины яблони). Симптомы вирусных заболеваний могут изменяться по мере развития патологического процесса. В некоторых случаях на растениях, зараженных вирусами, симптомы не проявляются вообще, то есть имеет место латентная (бессимптомная) инфекция В качестве примера можно привести бессимптомное развитие Х-вируса картофеля на многих промышленных сортах этой культуры. Распространение вирусов внутри растения. Вирусные частицы перемещаются из клетки в клетку по плазмодесмам, этим же путем транспортируются вирусные нуклеиновые кислоты. При поражении флоэмы вирусные частицы разносятся по всему растению стоком питательных веществ (в основном сверху вниз, происходит системное заражение растения. При цветении и плодоношении наблюдается интенсивный приток питательных веществ к генеративным органам, одновременно вирусы распространяются по растению снизу вверх. В меньшей степени возможно распространение вирусов по тканям ксилемы. Способы распространения фитопатогенных вирусов. Вирусы, вызывающие болезни растений, могут распространяться различными путями. Многие вирусы распространяются переносчиками векторами которые питаются или паразитируют на растении. Это главным образом насекомые, клещи, нематоды, грибы и паразитические цветковые растения (повилика). Вирусы могут передаваться контактно-механическим путем, то есть при взаимоповреждающем контакте частей здорового и больного растений. Это происходит при соприкосновении надземных или подземных частей растений при загущенной посадке, а также в процессе ухода за растениями (обламывание пасынков, срезка цветов, сбор плодовит. п.). Часть вирусов (около 20 %) способна передаваться через семена, причем различают поверхностную и внутреннюю семенную инфекцию . Таким способом передаются практически все вирусы бобовых культур, вирус табачной мозаики, вирус зеленой крапчатой мозаики огурца. Некоторые вирусы плодовых и ягодных культур (вирус некротической кольцевой пятнистости косточковых) могут передаваться через пыльцу. У вегетативно размножаемых культур (картофеля, земляники, тюльпана и др) вирусы распространяются в основном с посадочным материалом. Распространение вирусных болезней происходит при различного рода прививках (трансплантации. Этим методом передаются все известные фитопатогенные вирусы. Единичные вирусы (вирус мозаики табака, вирус некроза табака) могут передаваться с растительными остатками, с почвой, с гидропонным раствором. Небольшое значение (для вирусов кормовых бобовых трав) имеет распространение вирусов через стебли повилики. Некоторые фитопатогенные вирусы (вирус обыкновенной мозаики фасоли) передаются насекомыми с грызущим ротовым аппаратом жуками, прямокрылыми, уховертками. Такая передача малоспецифична и имеет значение только для вирусов, способных сохраняться в соке больного растения. Больш инство фитопатогенных вирусов распространяется насекомыми сколю щ е-сосущ им ротовым аппаратом. Это различные виды тлей, цикадки, белокрылки, трипсы, клопы. Клещи также могут быть переносчиками вирусов. Существуют вирусы, которые могут передаваться различными переносчиками, а для некоторых установлен только один переносчик. Среди переносчиков, в свою очередь, есть виды, передающие определенные вирусы, и виды, передающие многие вирусы например персиковая тля Myzus persicae способна переносить несколько десятков вирусов. В зависимости от особенностей передачи насекомыми вирусы делят на персистентные и неперсистентные. П ер сист е н т н ы е вирусы сохраняют свою инф екционность в организме переносчика в течение нескольких дней, а иногда ив течение всей жизни вектора. Некоторые вирусы способны передаваться трансовариально, то есть с последующими поколениями насекомых (вирус желтой карликовости картофеля. Продолжительность питания, необходимая для приобретения переносчиком способности передавать вирус, в этом случае также увеличивается до нескольких часов. Такие вирусы тесно связаны со своими переносчиками (цикадками, реже тлями, трипсами, клопами и клещами. Попадая с соком растения в желудок насекомого-переносчи- ка, они поступают в гемолимфу, а оттуда в слюнные железы, где могут даже размножаться (пропагативные вирусы. С этого момента переносчик становится вирофорным, то есть способным заразить. После линьки переносчика инф екционность сохраняется. К персистентным относятся вирусы бронзовости томата, скручивания листьев картофеля, курчавости верхушки свеклы, желтой карликовости картофеля. Большинство персистентных вирусов заселяют флоэму и редко передаются с соком больного растения. Н е персистентные вирусы могут быть переданы переносчиками в течение ограниченного промежутка времени, часто не более часа в дальнейшем его вирофорность снижается. Причем переносчик, питающийся на больном растении, получает такой вирус, то есть становится вирофорным, очень быстро — с первых же секунд, реже минут. После линьки переносчика инф екцион ность утрачивается. Такого рода передачу часто считают механической, хотя, возможно, имеется и кратковременная биологическая связь вируса и переносчика. К неперсистентным вирусам относятся Y -вирус картофеля, вирус мозаики гороха, вирус мозаики свеклы, вирус огуречной мозаики и др. Кроме того, существуют полу персистентные вирусы, способные сохраняться в теле переносчика в течение 10... 100 ч без потери инфекционное. К ним относятся вирус желтухи свеклы, М -вирус картофеля, вирус тристецы цитрусовых. Почвенные нематоды, паразитирующие на корнях растений, например из родов Longidorus, Xiphinema, являются переносчиками вирусов сельскохозяйственных культур (мозаики резухи, кольцевой пятнистости томата, кольцевой пятнистости малины). Имеются данные о распространении вирусов почвенными грибами вирус некроза табака передается зооспорами Olpidium brassicae (Woron) Dang., вирус картофеля может передаваться зооспорами Synchytrium endobioticum Pers. Вирусы способны сохраняться подоболочкой зооспор гриба в почве, проникая затем вместе сними в клетки подземных частей растения. Сохранение вирусов. Биология фитопатогенных вирусов неразрывно связана с живыми клетками растений-хозяев или организ- мов-переносчиков. При неблагоприятных условиях вирусы сохраняются в основном в живых растениях (первичная инфекция. Вирусы плодовых, ягодных культур сохраняются в тканях расте ний-хозяев. Корневища многолетних сорняков (осот, бодяк) являются резерваторами многих вирусных патогенов. Местом перезимовки могут быть органы вегетативного размножения и зимующие живые части культурных растений — корнеплоды, клубни, луковицы, клубнелуковицы. Семена могут быть источниками первичной инфекции многих вирусов бобовых культур, томата, огурца. В переносчиках (насекомые, нематоды, покоящиеся споры грибов) вирусы также могут сохраняться в неблагоприятный период, с растительными остатками ив почве — только некоторые стойкие вирусы, такие как вирус табачной мозаики и вирус зеленой крапчатости огурца. Влияние окружающей среды на развитие вирусов и вирусных болезней. По отношению к факторам внешней среды фитопатоген ные вирусы подразделяются на две группы стойкие и нестойкие. С той к и е вирусы не теряют своей инфекционное и сохраняют целостность частиц при нагревании, подкислении, длительное время сохраняются в соке, даже при большом разведении. Например, вирус табачной мозаики выдерживает минутное нагревание до 80...90 °С. Н ест ой к и е вирусы быстро инактивирую тся в выжатом соке растения, теряют свою инф екционность при нагревании до С, разрушаются при химических воздействиях. К нестойким вирусам относятся вирус скручивания листьев картофеля, вирус картофеля, большинство вирусов плодовых и ягодных культур. П ри неблагоприятных условиях окружающей среды растения ослабляются и, как правило, в них усиливается репродукция вирусов, повышается вредоносность заболевания. Недостаточная освещенность и пониженная температура способствуют увеличению вредоносности комплексного вирусного заболевания томата — стрика. Заболевание малины и земляники мозаикой сильнее проявляется при пониженных температурах (весной и осенью, а окаймление жилок крыжовника, наоборот, активизируется при повышенных температурах (летом. Неблагоприятным фактором, способствующим развитию вирусных болезней, может быть несбалансированное внесение удобрений. Методы диагностики вирусов и вирусных болезней. Визуальная диагностика наиболее простой метод. Хотя в ряде случаев и удается достоверно установить вирусную природу заболевания по его внешним признакам (например, кольцевые или линейные хлоротичные узоры на молодых листьях, их идентификация затруднена частым бессимптомным (латентным) характером развития болезней. Так, большинство промышленных сортов земляники являются скрытыми носителями вирусной инфекции. С другой стороны, вирусные симптомы сходны с симптомами неинфекционных болезней, вызванных недостатком (избытком) макро- и микроэлементов (азота, магния, железа, меди, хлора. Действие гербицидов, регуляторов роста на растения при неправильном применении также может быть сходно по симптоматике с вирусными болезнями. У становление и н ф е к ц ионности заболевания во многих случаях предшествует остальным методам диагностики. Для установления инф екционности вирус нужно передать на здоровое растение. Чтобы определить вирусы, распространяющиеся контактно-механическим способом, проводят инокуляцию соком больного растения. Для этого растительный материал растирают в ступке, из растертой массы отжимают сок, фильтруют и осторожно втирают в лист молодого здорового растения. Через определенное время (5...20 дней) наблюдают за развитием симптомов. Универсальный метод передачи вирусной инфекции прививка, когда больной привой (черешок листа, верхушка побега) прививают на здоровый подвой. Редко для передачи вирусов используют на- секомы х-переносчиков и растение-паразит — повилику. М е то дин дика торных растений широко распространенный метод диагностики вирусных болезней и идентификации вирусов. Он основан на использовании тест-растений (индикаторных растений, дающих четкие, часто строго специфичные по отношению к определенному виду вируса симптомы. Заражение травянистых растений-индикаторов осуществляют механической инокуляцией соком (рис. 2). Заражение проявляется в виде местных некрозов, реже системной реакцией (изменение окраски, угнетение роста. Для вируса аспермии томата в качестве индикатора можно использовать молодые растения табака (Nicotiana 35 Рис. 2. Метод растений-индикаторов: а — инокуляция целого растения б — инокуляция отдельных листьев индикаторных растений для диагностики Х -вируса картофеля амарант шаровидный В редких случаях для заражения используют отдельные изолированные листья растений-индикаторов. С оконепе реносимы е вирусы переносят на индикаторные растения методом прививки. Так, для диагностики вирусов земляники используют прививку черешком листа на индика- б торные клоны земляники лесной Серологический метод широко распространен при диагностике вирусов. Если теплокровному животному, например кролику, ввести в кровь очищенный препарат растительного вируса, иммунный аппарат животного в ответ на введение чужеродного белка (антигена) начнет вырабатывать специфичные этому белку антитела, связывающие его. С помощью специальных методик эти антителам ожно выделить из сыворотки крови и использовать для определения вирусов непосредственно в соке растения. В последнее время разработаны методы, которые позволяют вырабатывать антитела в культуре in vitro клеток животного. В результате реакции между антителом и антигеном образуется осадок (преципитат, или серум), различимый визуально или с помощью микроскопа. В основе связи антиген — антитело лежит принцип ключа и замка, то есть она очень специфична. Каждое определение необходимо проводить в присутствии соответствующего контроля. Практическое значение для идентификации вирусов в растении имеют следующие модификации) капельный метод На предметном стекле каплю антисыворот ки смешивают с каплей сока растения и через несколько минут оценивают реакцию под микроскопом при малом увеличении в темном поле или визуально без микроскопа. При положительной реакции заметен хлопьевидный осадок (рис. 3); 2) метод двойной диффузии в агаровом геле используют для определения сферических и других мелких вирусов. При этом в одни лунки, вырезанные в слое агара, в чашках Петри добавляют анти сыворотку, а в другие — очищенный сок растения. Антитела и ви- 36 Рис. 3. Капельный метод серологической диагностики: слева — контроль реакция отрицательная справа — хлопьевидный осадок (реакция поло жительная) русные частицы диффундируют в геле навстречу друг другу и образуют вместе встречи отчетливые линии преципитации) при использовании метода радиальной иммунодиффузии ан тисыворотку добавляют непосредственно в агар, а лунки заполняют соком. При положительной реакции вокруг лунок образуются преципитаты в форме колец) метод адсорбции основан на том, что перед реакцией с антигеном антитела связывают каким -либо инертным материалом с крупными частицами, например латексом. При реакции с антигеном происходит хорошо заметная агглютинация всего комплекса) наиболее высокочувствительной, позволяющей получить количественные оценки модификацией является иммуноферментный анализ (ИФ А, основанный на связывании антител определенными метками — ферментами. В лунки микроплаты из полимерных материалов добавляют антисыворотку и очищенный сок, содержащий вирусы — антигены между ними происходит первая иммунная реакция. Затем на фиксированный комплекс антиген — антитело наносят раствор антител, связанных ферментом (фосфатаза или пероксидаза при этом меченные ферментом антитела наслаиваются на детерминанты молекул антигена и начинается вторая иммунная реакция. После добавления соответствующего ферментного субстрата происходит ферментная реакция по каталитическому расщеплению субстрата, что обнаруживается с помощью фотометра по цветной реакции (рис. Метод электронной микроскопии дает возможность быстро получить информацию о наличии вирусных частиц в растении. С помощью электронных микроскопов на ультратонких срезах пораженных частей растений можно установить форму, строение и даже размеры вирусов. Трансмиссионный электронный микроскоп используют для серийных анализов вирусной инфекции в соке растений. С помощью иммуноэлектронной микроскопии можно обнаруживать вирусные частицы с наслоившимися антителами. М е то д гель- электрофореза основан на электрофоретическом разделении предварительно очищенных нуклеиновых кислот вируса (вироида) или его белкового компонента в полиак риламидном геле при силе тока 3 и 6 мА с последующим окрашиванием красителем зон соответственно нуклеиновых кислот или белков. При сравнении высоты полученных окрашенных линий с а |