Как бороться с вирусами на растениях
Обновлено: 24.04.2024
Как увлеченный садовод, я ежегодно высаживаю на рассаду большое количество цветов и овощей. При этом практически каждый год наблюдаю явные странности некоторых из них. Ранее я пыталась найти такому поведению отдельных сеянцев различные рациональные объяснения. Однако, став более опытным растениеводом, мне удалось разобраться, что во многих случаях я имела дело с вирусами. В этой статье я хотела бы рассказать о признаках вирусных заболеваний растений и о современных методах борьбы с ними.
Вирусные заболевания рассады и взрослых растений. © Scot Nelson
Как растение может подхватить вирус
Вирусы не имеют клеточного строения, а состоят из частиц крошечного размера (от 20 до 300 нанометров). Разглядеть их можно только при помощи электронного микроскопа. Вирусы проникают в клетки растений, где начинают активно размножаться, вследствие чего можно наблюдать ряд изменений во внешнем облике растений, а также угнетение вплоть до полной остановки роста и гибели.
Пораженные растения могут вовсе не зацвести, либо распустить деформированные цветки, которые не дадут семена. Если растение было заражено после цветения, плоды, пораженные вирусом, сильно деформируются и вырастают гораздо меньшего размера. Вирусы очень опасны для сельского хозяйства и приводят к потере урожая. Ежегодный ущерб от вирусов в мире оценивается примерно в 60 миллиардов долларов США.
Существует четыре основных пути передачи вирусов от растения к растению.
Непосредственный контакт. Проще всего получить вирус при прямом контакте поломанных или надломанных растений, например, при перевозке рассады. Но зачастую для заражения достаточно даже трения листьев или стеблей больного и здорового растения друг об друга. Есть сведения, что вирус может быть перенесен даже через грязные руки растениевода, когда, потрогав где-либо зараженные растения, он дотрагивается до других, в том числе и своих. Есть мнение, что курильщики, контактируя с табачными изделиями, вполне могут перенести на своих зеленых питомцев вирус табачной мозаики.
Вегетативное размножение. Размножение растений черенкованием с использованием нестерильного инструмента также приводит к заражению вирусом. Особенно нередки такие случаи в промышленных теплицах. К распространению вирусов, кроме того, приводит прививка растений. Если растения заболело вирусом после цветения, то вирус также может передаваться потомству вместе с семенами.
Грунт и садовый инвентарь. Нередки и такие пути передачи вируса, как заражение через грунт. Если высадить растение в емкость, где ранее произрастал заболевший экземпляр, есть большой риск, что новосел также заболеет. Частицы вируса разносятся и через инструменты для обработки почвы: лопатки, грабли, рыхлилки и т.д. Кроме этого, в почве вирус активно переносится нематодами.
Насекомые вредители. Перенос вируса через вредных насекомых – это основной и самый масштабный путь заражения растений вирусными заболеваниями. По данным ученых, 76 % известных вирусов растений передаются именно насекомыми. Основные переносчики – вредители, имеющие колюще-сосущий и грызущий ротовой аппарат (паутинный клещ, тля, трипсы, белокрылка и мучнистый червец). В открытом грунте переносчиком вируса также становятся саранча. Поражая все новые и новые растения, вредители вместе с тем переносят частицы вируса к другим экземплярам.
Пожелтение и скручивание листьев — начало некроза. © Людмила Светлицкая
Признаки вирусного поражения у растений
Чаще всего я наблюдала признаки различных вирусов на рассаде летников, выращенной из профессиональных семян, и прежде всего — петуний. Причины такого положения вещей я определить не могу. Но если вы тоже выращиваете такие летники через рассаду, нужно быть особенно внимательными.
Своими глазами мне довелось неоднократно наблюдать вирус мозаики (пестрая листва), вирус курчавости и вирус, вызывающий изменения окраски листовой пластинки в виде отдельных секторов, окрашенных в необычные оттенки зеленого. Последний я наивно считала какой-то генетической особенностью, возникающей у гибридных растений, так как вирус, в принципе, не мешал растениям полноценно развиваться.
А вот первые два сильно замедляли рост и впоследствии приводили к гибели сеянцев. Однако, в любом случае, лучше не оставлять никакие вирусы без внимания, чтобы не способствовать их дальнейшему распространению.
Давайте рассмотрим, какие признаки вирусов наблюдаются у растений:
Мозаичность — появление у листьев нехарактерной пестрой окраски: белых или золотистых штрихов, пятен, точек, кругов, каймы, хаотичных узоров (например, Вирус табачной мозаики (TMV)).
Пестролепестность – неравномерная окраска или обесцвечивание лепестков, появление пестрых отметин, штрихов или секторов не характерных для сорта (например, вирус пестролепестности тюльпана).
Некротические пятна — отмирание тканей листовой пластинки. Чаще всего может являться следствием прогресса листовой мозаики и хлороза, но зачастую развивается и как самостоятельный синдром. Различают как местный некроз (в местах проникновения вирусов в растение), так и системный, или рассеянный некроз (проявляется во всех частях растения). Например, Вирус некротических пятен (INS).
Хлороз (желтуха) — пожелтение тканей листовых пластинок. При этом прожилки могут как оставаться зелеными, так и желтеть вместе с листом. Например, Вирус желтого листа томатов (TYLCV).
Антоцианоз — окрашивание листьев, краев листовых пластинок, прожилок и стеблей в пурпурные, красно-фиолетовые или синеватые тона.
Угнетение роста — может проявляться как карликовость растений, укорочение междоузлий (особенно на верхушках побегов, полная остановка роста). При сильном поражении сосудистой системы растений может происходить увядание.
В большинстве случаев вирус проявляется не каким-либо одним симптомом, а сочетает сразу несколько различных проявлений. В частности, курчавость чаще всего сочетается с угнетением роста, а пестролистность сочетается с деформацией и так далее. В большинстве случаев растения, пораженные вирусом, выглядят угнетенными. На рассаде вирус может проявить себя уже на первых настоящих листиках.
Листья приобрели нехарактерную морщинистую поверхность и деформировались. © Людмила Светлицкая Молодые побеги с укороченными междоузлиями и мелкой корявой листвой, точки роста отмирают, растение полностью остановилось в росте. © Людмила Светлицкая
Как дифференцировать вирус от других заболеваний растений
К сожалению, в настоящее время нет доступных способов, позволяющих рядовому огороднику или цветоводу со 100% уверенностью диагностировать у растения вирусные заболевания. На Западе существуют специальные тест-полоски, определяющие некоторые вирусы у различных культур, но они имеют очень высокую стоимость, и главным образом производятся для фермеров и владельцев крупных теплиц.
Опытные растениеводы могли заметить, что вышеописанные признаки могут появляться на растениях и при наличии других проблем, совершенно не вирусной природы. В частности, некрозы и пятнистость чаще всего бывают проявлением грибных и бактериальных заболеваний. Деформации листа, скручивание и хлороз можно наблюдать при стрессе и нехватке питательных элементов.
Изменение окраски цветков и пестролистность порой являются результатом генетических мутаций, и из таких растений потом получаются новые сорта. Некротические пятна также иногда появляются при поражении вредителями, которых нелегко разглядеть невооруженным глазом (трипс, паутинный клещ).
Поэтому прежде чем паниковать, изолируйте растения и попытайтесь провести реанимационные мероприятия: опрыснуть стимулятором роста, пролечить от грибных и бактериальных инфекций, обработать инсектицидом, акарицидом. Если же старания не увенчались успехом, то скорее всего перед вами все-таки вирус.
Ярко-выраженная мозаичность и пестролепестность, к сожалению, чаще всего связаны именно с проявлением вируса, а не мутацией, поэтому здесь необходимо принимать более решительные меры. Особенно бдительными нужно быть при выращивании рассады, так как в последствии вы можете занести вирусы вместе с растением на участок.
Чем лечить вирусы у растений
Но сегодня у нас появилась возможность побороться за своих зеленых питомцев при помощи препаратов. Такие средства как фунгициды (противогрибные), инсектициды (от насекомых), акарициды (от клеща) и другие нам хорошо известны. А теперь, наконец, ученым удалось добраться до вирусов и получить группу препаратов, способных бороться с вирусными заболеваниями – вирулициды.
В настоящее время на рынке имеется два препарата из группы вирулицидов разных производителей.
Вирон (Viron). Поставщик — турецкая компания Innako, на территории нашей страны был протестирован и одобрен Ассоциацией производителей плодов, ягод и посадочного материала (АППЯПМ). Главным образом, эффективен против вирусов табачной (54,58%) и огуречной мозаики (71,20%).
Препарат проникает в клетки, зараженные вирусом, и способствует кристаллизации и блокировке вируса. В результате чего растение восстанавливается и возвращается к нормальной (либо приближенной к норме) жизнедеятельности. Опрыскивание лучше производить для профилактики (до появления признаков).
Обработка проводится четырехкратно: первая — через 15 дней после посева или появления всходов, далее — через каждые 10 дней. Обработка растения с симптомами вируса проводится по особой схеме (имеется в инструкции к препарату). Цветоводы отмечают 50% эффективность препарата на петуниях и 100 % эффективность — на пеларгониях.
Раствор применяется четырехкратно. При этом после первой обработки могут впервые проявится или усилиться признаки заболевания. Но уже после второй обработки отрастают молодые побеги без признаков вируса. После третьей обработки растение начинает активно идти в рост.
Также имеются сведения, что отдельные вирусы инактивируются в результате длительного воздействия на ткани растений довольно высоких температур. И существует такой метод лечения, как выдержать рассаду или коллекцию растений от 20 до 30 дней при температуре +38 °С.
Для профилактики вирусных заболеваний рассады нужно проводить своевременную обработку от вредителей
Профилактика вирусных заболеваний рассады
Все посевные и посадочные емкости (даже новые) перед новым сезоном необходимо дважды продезинфицировать хлоркой. Емкости небольшого размера по возможности можно прокипятить. Другие способы дезинфекции не убивают вирус.
Весь инструмент для обрезки (прищипки) должен быть продезинфицирован (например, фармайодом) после каждого сеянца. При черенковании небольшого ассортимента лучше использовать одноразовые лезвия для каждого растения.
Нужно проводить своевременную обработку рассады от вредителей. Регулярно внимательно осматривать растения на наличие вредных насекомых и клещей.
Нельзя использовать для выращивания рассады грунт, бывший в употреблении. Вирус способен хранится в мертвой ткани растений до 50 лет, при этом он хорошо зимует в грунте.
По возможности, нужно максимально изолировать рассаду от комнатных цветов. К сожалению, очень многие комнатные цветы могут быть скрытыми носителями вируса. В частности, некоторые старые сорта орхидей возникли именно под действием вируса и были ошибочно приняты за мутации. Вирус может передаться рассаде даже от букета цветов.
Подпишитесь на нашу бесплатную e-mail рассылку. В еженедельных выпусках вас ожидают:
- Лучшие новые материалы сайта
- Популярные статьи и обсуждения
- Интересные темы форума
Видеосюжеты о саде и огороде, ландшафтном дизайне, комнатных растениях. На нашем канале вы найдете советы для эффективного садоводства, мастер-классы по выращиванию растений и уходу за ними.
Подписывайтесь и следите на новыми роликами!
Истории — это раздел нашего сайта, где каждый может поделиться своими успехами, интересными рассказами или заметками о загородной жизни, садоводстве и выращивании растений.
Читайте истории, голосуйте за лучшие из них и делитесь своим опытом с любителями и профессионалами!
Общение в реальном времени в нашем телеграм-чате. Поделитесь своими открытиями с новичками и профессионалами. Покажите фотографии своих растений. Задайте свои вопросы опытным садоводам!
Появились вопросы? Задайте их на нашем форуме. Получите актуальные рекомендации и советы от других читателей и наших авторов. Делитесь своими успехами и неудачами. Выкладывайте фотографии неизвестных растений для опознания.
Приглашаем вас в наши группы в социальных сетях. Комментируйте и делитесь полезными советами!
Вирусные болезни растений: топ — 10 самых опасных вирусов
Большинство вирусов ограничиваются определенным типом хозяина. Некоторые инфицируют бактерии как бактериофаги, тогда как другие простейшие грибы (миковирусы), заражающие растения. Некоторые вирусы, которые передаются между растениями-хозяевами при кормлении насекомых (переносчиков), могут размножаться как внутри своего хозяина, так и вне его.
Вирусы также вызывают много важных болезней растений и являются причиной огромных потерь в производстве и качестве урожая во всех частях света. Инфицированные растения могут проявлять ряд симптомов в зависимости от заболевания, но часто наблюдается пожелтение листьев (или целого листа, или в виде полосок или пятен), искажение листьев (например, скручивание) и / или другие искажения роста (например, задержка роста все растение, аномалии в формировании цветка или плода).
Вирусные болезни растений. Внекорневые подкормки.
Вирусные заболевания растений, Республика Перу
Вирусные болезни томата
В топ-10 вирусов входят следующие:
1) вирус мозаики табака,
2) вирус пятнистости листьев,
3) вирус скручивания листьев,
4) вирус огуречной мозаики,
5) вирус картофеля Y,
6) вирус мозаики цветной капусты,
7) вирус мозаики африканской маниоки,
8) вирус оспы сливы,
9) вирус мозаики костра
10) вирус картофеля X.
Симптомы
Разнообразие симптомов, внутренних и внешних проявлений заболевания, которые возникают в результате вирусных инфекций, образуют симптомокомплекс, это вместе с сопутствующими признаками составляет синдром заболевания.
1. Вирус мозаики табака (TOBACCO MOSAIC VIRUS)
Вирус табачной мозаики (TMV) был признан самым важным растительным вирусом в этом опросе сообщества вирусологов растений. Вирус табачной мозаики (TMV), атакует членов семейства пасленовых. К ним относятся табак, перец, картофель, помидоры, баклажаны, огурцы и петуния. Вирус распространяется через проникновение в клеточные стенки, вызванные насекомыми или другими физическими повреждениями. У него есть еще одна претензия на славу, поскольку это первый вирус, который был обнаружен с помощью электронного микроскопа.
Симптомы зависят от вида зараженного растения и условий окружающей среды. Симптомы, указывающие на наличие вируса мозаики табака:
- низкорослость;
- мозаичный рисунок из светлых и темно-зеленых (или желтых и зеленых) листьях;
- порок развития листьев или точек роста;
- желтые полосы и пятна на листьях;
- отчетливое пожелтение только вен.
Болезни TMV не могут быть диагностированы на основе одних только симптомов.
2. Вирус пятнистости листьев (TOMATO SPOTTED WILT VIRUS)
Симптомы заражения вирусом пятнистых томатов (TSWV) довольно уникальны для каждого из множества его хозяев. Сорта также будут различаться по выраженности симптомов. Распространенными проявлениями TSWV являются кольцевые пятна (желтые или коричневые кольца) или другие линии, черные полосы на черешках или стеблях, некротические пятна на листьях или отмирание на кончиках.
3. Вирус скручивания листьев (LEAF CURL VIRUS)
Зараженное растение имеет низкорослые молодые листья и побеги. Растет очень медленно, становится густым и карликовым. Край листа скатывается внутрь или вверх и довольно жесткий с желтоватым краем. Его листья более толстые, чем обычно, с кожистой текстурой. Молодые листья имеют желтоватый цвет, чашевидные, толстые и эластичные.
4. Вирус огуречной мозаики (CUCUMBER MOSAIC VIRUS)
Является растительным патогенным вирусом в семействе Bromoviridae. Этот вирус имеет репутацию самого широкого круга хозяев среди всех известных вирусов растений. Он может передаваться от растения к растению как механическим путем, так и с помощью тли и паразитическими сорняками. Инфицированные растения проявляют симптомы хлороза, задержку в росте и часто не имеют правильные плоды.
Некоторые из наиболее важных фруктов и овощей, пораженных вирусом огуречной мозаики, — это перец, бананы, помидоры и тыква.
У перца вирус вызывает немного отличающиеся симптомы, чем у других растений. Растения перца часто имеют серьезное повреждение листвы, что проявляется в виде мозаичных и некротических колец. Часто сами перцы деформируются и содержат хлоротичные кольца и пятна.
Томаты, как правило, чахлые и имеют плохо сформированные листья.
5. Вирус картофеля Y (POTATO VIRUS Y)
Первичная инфекция проявляется в виде мягкой мозаики, смятых листьев и некротических колец на поверхности клубня. Они могут быть изолированными или объединяться, чтобы покрыть весь клубень. Некроз усиливается во время хранения, и кольца могут стать затонувшими, способствуя гниению. Вторичные симптомы показывают четкую мозаику на листьях и тяжелый некроз на стеблях и венах, что приводит к опадению листьев.
6. Вирус мозаики цветной капусты (CAULIFLOWER MOSAIC VIRUS)
Многие штаммы вируса вызывают заметную мозаику и пятнистость листьев, тяжесть которых зависит от сортовой толерантности восприимчивых видов и условий окружающей среды. Растение обычно недоразвитое.
7. Вирус мозаики африканской маниоки (AFRICAN CASSAVA MOSAIC VIRUS)
Симптомы включают в себя хлоротическую мозаику и искажение листьев, а также задержку роста. Инфекция может быть побеждена растением, особенно когда происходит быстрое появление симптомов. Медленное развитие болезни обычно приводит к смерти растения.
Хотя заражающие маниоку вирусы наносят большой экономический ущерб, они способны заражать другие растения. Диапазон хозяев зависит от вида вируса, и большинство из них могут передаваться и вызывать заболевания у растений родов табачных (Nicotiana) и дурман (Datura).
8. Вирус шарки слив или оспы сливы (PLUM POX VIRUS)
9. Вирус мозаики костра (BROME MOSAIC VIRUS)
Обычно заражает Bromus inermis (костер безостый, или кострец безостый) и другие травы, встречается практически везде, где выращивается пшеница. Это также один из немногих травяных вирусов, поражающих двудольные растения, такие как соя. Вирус прежде всего заражает однодольные растения, такие как ячмень и другие в семействе Gramineae. Диагностическим видом этого заболевания является кукуруза, где у сеянцев проявляются различные симптомы этого заболевания. Симптомы похожи на большинство вирусов мозаики. Они состоят из задержки роста, поражений, мозаичных листьев и смерти растений. Эти симптомы обычно появляются примерно через 10 дней после прорастания растения-хозяина. Симптомы этого заболевания больше всего влияют на растения кукурузы и ячменя.
10. Вирус картофеля X (POTATO VIRUS X)
Является одним из наиболее распространенных вирусов картофеля. Недавно были обнаружены штаммы, которые могут вызывать некроз (мертвые пятна на листьях и в клубнях). Это потивирус, типовой член самой большой группы растительных вирусов. Он передается тлей, прилипая к ротовым частям. Вирус может быть получен от зараженного растения в течение нескольких секунд и передан здоровому растению так же быстро.
Способы передачи вируса
Вирусы могут передаваться от растения к растению несколькими способами. Некоторые из них будут включать передачу от родительского растения к потомству через генетическую структуру растений. Другими способами передачи вируса являются вегетативное размножение, прививка и почкование, передача семян и механическое распространение насекомыми и человеком.
Методы контроля
В настоящее время никакие эффективные химические вещества не будут контролировать вирусные заболевания. Поэтому санитария и использование устойчивых сортов растений является наиболее эффективным средством борьбы с вирусами растений.
Некоторые вирусы постоянно деактивируются при длительном воздействии на инфицированные ткани относительно высоких температур, например, от 20 до 30 дней при 38 градусах Цельсия. Для фруктовых садов, декоративных питомников и садоводов наилучшим способом контроля является посадка растений, которые были размножены из известных чистых от вирусов и сертифицированных источников.
В некоторых случаях, когда распространение вируса происходит медленно, потери от болезней можно уменьшить, удалив больные растения и заменив их здоровыми. Сокращение популяции переносчиков насекомых с помощью инсектицидов или с помощью других средств, таких как уничтожение растений-хозяев для насекомых, позволяет частично контролировать некоторые вирусные заболевания.
Обзор
Автор
Редакторы
Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific. Спонсор приза зрительских симпатий — фирма Helicon.
Чем болеют растения?
Для начала несколько слов о том, от чего, собственно, специалистам приходится защищать сельскохозяйственные растения. Причинами заболевания растений могут быть как факторы среды (летняя засуха или зимние морозы, недостаток питательных веществ в почве или их избыток и т.п.), так и различные паразитические организмы (бактерии, вирусы, грибы, круглые черви (нематоды) и даже другие растения).
Грибы, бесспорно, являются основными патогенами культурных растений. Известно, например, что из 162 серьёзных заболеваний в Центральной Европе 135 (83%) вызываются грибами [2]. Фитопатогенные грибы — многочисленная группа; их описано свыше 10 000 видов, различных по систематическому положению, степени паразитизма, специализации и т.д. [3]. Они широко распространены в природе и при благоприятных для их развития условиях наносят значительный урон урожаю и сельскохозяйственным продуктам при хранении. Даже самые осторожные оценки говорят об уничтожении болезнями 10–20% потенциального урожая; без контрмер масштабы этих потерь резко возросли бы [2].
Именно о проблемах диагностики болезней растений, вызываемых фитопатогенными грибами, пойдёт речь в данной статье.
Врага надо знать в лицо
Зачем же нужно, с одной стороны — обнаружение, а с другой — быстрое и точное (желательно — до вида, или даже расы) определение фитопатогенных грибов?
На данный момент самым распространённым методом борьбы с фитопатогенными грибами является обработка растений фунгицидами. Понятно, что невозможно защитить культуры от всех возможных потенциальных угроз: это и сложно, и экономически невыгодно, да и для окружающей среды далеко не полезно. Именно поэтому важно знать, желательно — своевременно, с чем именно придётся бороться. Чем раньше обнаружена болезнь, тем больше шансов, что, приняв соответствующие меры, удастся её победить. Это верно для заболеваний как человека, так и растений. Кстати, точное определение вида грибов важно ещё и в довольно неожиданной области — реставрации деревянных строений — поскольку используемые там антисептические меры также очень сильно зависят от типа поражения [4].
Кроме этого, идентификация фитопатогенных грибов необходима для изучения их таксономии и эволюции, их взаимоотношений с растениями-хозяевами, генетических основ восприимчивости и устойчивости растений, что, в конечном счете, должно помочь в разработке способов борьбы с патогенами и в селекции растений, невосприимчивых к болезням [5].
И, наконец, крайне важна сертификация зерна и посадочного материала в рамках карантинных программ. Известно, что фитопатогенные грибы могут распространяться многими путями — как естественными (с током воздуха, водой, насекомыми, животными), так и при помощи человека, перевозящего заражённые растения или их части не только между различными странами, но и между континентами. Зачастую такое перемещение приводит к неожиданному и масштабному распространению заболеваний.
Например, пузырчатая ржавчина (Cronartium ribicola) была эндемична для Альп и востока России. Этот паразит, в цикле развития предполагающий обязательную смену хозяев, обитает круглый год на пятихвойных соснах, а летом поражает листья смородины; ни в одном из исходных ареалов он не причинял серьёзного ущерба. Однако веймутова сосна, завезённая в начале XVIII века из Америки в ряд областей Европы, оказалась крайне восприимчивым хозяином для данного гриба. За счёт этого распространившаяся инфекция причинила большой вред культурам смородины и высаженным веймутовым соснам, а в 1909 году была завезена с их рассадой в Америку, где встретила многочисленных хозяев для обеих фаз развития. Здесь стали страдать, прежде всего, лесообразующие пятихвойные сосны. Поэтому, чтобы разорвать инфекционную цепь паразита с обязательной сменой хозяев, пытаются уничтожать дикорастущие виды смородины [2].
Ещё один показательный пример: возбудитель голландской болезни вяза (Ophiostoma ulmi) уже в XX столетии был занесён из континентальной Европы в Северную Америку. Начиная примерно с 1970 г., после того, как он был завезён в Великобританию, он успел уничтожить половину английских вязовых насаждений [2]. Теперь этот вид встречается и в России.
Для того чтобы избежать подобного впредь, созданы списки карантинных организмов, и при перемещении растений или их семян между странами (или даже частями одной страны) обязательно проводится их обследование.
Как только что было показано, идентификация фитопатогенных грибов крайне важна, возник вопрос — каким образом она производится?
Наиболее простой способ — это идентификация патогена по внешним признакам заболевания (симптомам), то есть по тому воздействию, которое он оказывает на поражённое растение [6]. Но здесь проблема в том, что к одним и тем же повреждениям растения-хозяина могут приводить совершенно разные микроорганизмы, отличающиеся разной устойчивостью к фунгицидам, вредоносностью и другими характеристиками. Как пример, здесь можно привести три листовые пятнистости пшеницы (рис. 1).
Рисунок 1. Листовые пятнистости пшеницы. Слева — септориоз листьев пшеницы (возбудитель — Mycosphaerella graminicola). По центру — септориоз листьев и колоса пшеницы, проявление на листьях (возбудитель — Phaeosphaeria nodorum). Справа — жёлтая пятнистость пшеницы (возбудитель — Pyrenophora triticirepentis). Обратите внимание: несмотря на то, что это разные заболевания, поражения листьев очень похожи.
Ещё одна проблема заключается в том, что далеко не все заболевания проявляются сразу же после заражения растения. Например, возбудитель пыльной головни ячменя (Ustilago nuda) обычно проникает во время цветения пшеницы в формирующуюся зерновку. Гриб не препятствует формированию зародыша, само зерно развивается нормально, ничем внешне не отличаясь от здорового. Мицелий зимует в зерновке. Весной одновременно с прорастанием семян происходит и рост мицелия, который по мере роста растения распространяется по различным его органам. Проявляется заболевание только в период колошения. При этом разрушаются все части колоса, превращаясь в чёрную споровую массу, после распыления которой остаются лишь ости и стержень колоса (рис. 2) [8].
Рисунок 2. Пыльная головня ячменя: поражённое соцветие со спорами
Стандартный для фитопатологов подход при определении фитопатогенных грибов — это выделение их в чистую культуру на какой-либо питательной среде, получение характерных образований (чаще всего это, конечно, спороношения) и затем идентификация гриба под микроскопом.
Но здесь возникают определённые трудности. Основная из них заключается в том, что далеко не все паразитические грибы возможно культивировать на искусственных питательных средах: многим требуется наличие живых тканей растения-хозяина, либо присутствие других представителей сложного сообщества [10]. Но даже если гриб удаётся выделить в культуру, следующий вопрос — это то, сколько времени понадобится, чтобы добиться от него появления спороношения. Например, возбудитель белосоломенной болезни пшеницы и ржи (Gibellina cerealis), хотя и хорошо культивируется, даёт спороношение только после четырёх–пяти недель роста. Естественно, что меры по борьбе с патогеном необходимо принимать сразу после его обнаружения, а не через месяц, когда может оказаться, что спасать уже нечего.
Рисунок 3. Сравнение конидий типовых образцов Alternaria longipes (вверху), Alternaria tenuissima (в центре), Alternaria alternata (внизу). Видно, что на основе сравнения только формы конидий этих трёх видов однозначно различить их крайне сложно. При идентификации видов в данном случае специалист использует не только форму конидий, но и другие признаки (например, способ образования конидий, их взаимное расположение и т.п.).
И даже с определением тех фитопатогенных грибов, спороношения которых получить сравнительно просто, могут возникать сложности. К примеру, идентификация многих микромицетов сопряжена с рядом трудностей, таких как сходство морфологических характеристик разных видов и одновременно внутривидовая вариабельность признаков. Несмотря на внешнее сходство, возбудители могут значительно отличаться по патогенности, токсигенности, степени специализации, генетике взаимоотношений с растением-хозяином, вредоносности, чувствительности к фунгицидам и т.д. То есть разные виды обладают совершенно разными экологическими особенностями и хозяйственной значимостью [12]. Хорошим примером здесь является определение различных видов рода Alternaria (рис. 3). Очевидно, что для идентификации до вида нужны достаточно широкие познания в данной области и немалый опыт работы с исследуемым фитопатогеном.
Ещё один способ, пригодный для обнаружения некоторых фитопатогенных грибов, заключается в смыве с субстрата, фильтрации и микроскопическом определении (и даже подсчёте, что даёт количественные данные) их спор. Чаще всего, таким способом оценивается количество грибных спор в зерне или в почве. Несмотря на то, что идентификация до вида на основании одних только спор чаще всего затруднена, этот способ широко применяется, а для анализа получаемых при помощи микроскопа изображений разрабатываются специальные компьютерные программы [14]. Например, таким образом определяют заражённость зерна возбудителем твёрдой головни (Tilletia caries) (рис. 4) [15]. Несмотря на использование компьютерных технологий, этот метод весьма трудоёмок и не подходит для исследования большого количества образцов.
Рисунок 4. Зерновки, поражённые твёрдой головнёй пшеницы
Молекулярная биология на службе фитопатолога
Во всех описанных случаях на помощь исследователям могут прийти широко развивающиеся в последнее время молекулярные методы анализа. Сейчас в основе большинства из них лежит применение ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay, иммуноферментный анализ) [11], либо ПЦР (полимеразная цепная реакция, polymerase chain reaction) [17].
Иммуноферментный анализ состоит из двух основных этапов: иммунной и ферментативной реакций. Иммунная реакция заключается в специфическом связывании характерного для данного микроорганизма антигена с диагностическим антителом. Ферментативная реакция необходима для обнаружения этого связывания. Как правило, она сопровождается изменением цвета, причём степень этого изменения может быть использована для определения количества присутствующего антигена.
Рисунок 5. Прибор CSL Pocket Diagnostic TM lateral flow immunodiagnostic kit. Растительный экстракт помещается на площадку (a), которая содержит латексные шарики, покрытые специфическими антителами; смесь мигрирует вдоль мембраны (b) к абсорбирующей поверхности (c). При этом имеющиеся в растворе целевые антигены связываются со специфичными антителами на латексных шариках. Мембрана содержит полосу антител, отличающихся необходимой специфичностью (измерительную полосу) (d) и полосу других антител, которые связываются с первыми антителами (контрольную полосу) (e). Латексные шарики, содержащие связанный антиген, задерживаются в тестовой зоне, давая видимую линию, тогда как излишние латексные шарики, которые не содержат антигена, задерживаются в контрольной зоне, показывая, что анализ работает. Наличие двух линий соответствует положительному результату (positive), наличие только одной линии (контрольной) говорит о негативном результате (negative).
Основанные на иммуноферментном анализе методы широко применяются для обнаружения вирусов (в том числе поражающих растения) и значительно реже — для идентификации грибов и бактерий. Основной причиной этого является трудность получения антител с необходимой специфичностью: строение клеточных стенок грибов и бактерий гораздо сложнее, чем вирусного капсида, к тому же может изменяться в ходе их жизненного цикла. В результате получаемые антитела могут оказаться специфичны как сразу к большой группе видов, так и исключительно к отдельным жизненным формам данных микроорганизмов. Тем не менее, основанные на ELISA методы идентификации фитопатогенных грибов всё же разрабатываются: например, существует метод идентификации спор уже упоминавшейся в данной статье твёрдой головни [19].
ПЦР — это ферментативная реакция, в результате которой происходит накопление большого количества копий какого-либо не слишком большого (чаще всего, 200–1500 пар нуклеотидов) фрагмента ДНК. Так как ДНК любого организма содержит как вариабельные (отличающиеся даже у близкородственных организмов), так и консервативные (сходные у эволюционно далёких видов) участки, возможно на основе выбора диагностического участка варьировать специфичность протекающей реакции.
Таким образом, данный метод позволяет обнаруживать последовательности нуклеиновой кислоты, специфичные для конкретного организма или группы сходных организмов и, тем самым, выявлять его (их) присутствие в анализируемой пробе. Методы, основанные на ПЦР, позволяют идентифицировать патогенные виды как в чистой культуре, так и непосредственно в растительном материале, минуя этап изоляции грибов [20]. Как пример, здесь приведены результаты ПЦР, разработанной для идентификации грибов рода Pyrenophora (рис. 6), представители которого являются возбудителями жёлтой пятнистости злаков, в частности — пшеницы (рис. 1).
Рисунок 6. Разделённые при помощи электрофореза продукты ПЦР, разработанной для идентификации грибов рода Pyrenophora. М — маркер, представляющий собой набор фрагментов ДНК известного размера, 1–10 — ДНК, выделенная из различных образцов листьев пшеницы, поражённых листовыми пятнистостями. Здесь продукт реакции (фрагмент ДНК известного размера) должен наблюдаться только в том случае, если в образце присутствует ДНК целевого организма, а именно — гриба рода Pyrenophora. В итоге видно, что растения под номерами 3–6, 8 и 9 больны жёлтой пятнистостью, а остальные — каким-либо другим внешне схожим заболеванием.
Существует достаточно много модификаций метода ПЦР, большинство из которых применяется в изучении возбудителей болезней растений. Например, RAPD и RFLP анализы используются для уточнения родственных связей между различными грибами; ПЦР, специфичная для ДНК представителей отдельных родов или видов — для идентификации фитопатогенов (в том числе — в форматах nested и multiplex); ПЦР с регистрацией в режиме реального времени (real-time PCR) — для определения количества присутствующей целевой ДНК.
Рассмотрим подробнее один из самых перспективных методов на основе ПЦР — ПЦР с регистрацией в режиме реального времени (рис. 7). В отличие от большинства других форматов ПЦР, он позволяет не только констатировать факт присутствия ДНК целевого патогена, но и измерить её количество. В качестве примера здесь приведено определение в двух образцах количества ДНК ещё одного возбудителя листовой пятнистости.
Интересно применение данного метода для анализа заражённости зерна твёрдой головнёй (рис. 4): при наличии соответствующих калибровочных графиков возможно получение результатов в виде числа спор, имеющихся в образце [7].
Ложка дёгтя в бочке мёда
Хотя преимущества и перспективы применения молекулярных методов идентификации сложно переоценить, на пути их практического использования имеется целый ряд трудностей. Несмотря на универсальность методов при конечном анализе, для их разработки и проверки требуется достаточно много времени и немалая экспериментальная база. Основной проблемой здесь является отсутствие возможности чисто теоретически оценить специфичность разрабатываемых методов.
Ну и самая большая проблема всех описанных в данной статье методов — это цена, ограничивающая их широкое применение в условиях небогатых российских хозяйств.
Несколько слов о будущем
Несмотря на все имеющиеся проблемы, молекулярные методы анализа интенсивно развиваются (о чём можно судить хотя бы по числу публикаций на соответствующие темы, которое с каждым годом становится всё больше). Старые методы постоянно совершенствуются, в то же время разрабатываются новые (например, метод биочипов [21] и секвенирование следующего поколения [22]), а цена одного анализа становится всё ниже. Поэтому можно надеяться, что не за горами то время, когда все упоминавшиеся в данной статье методики и их более совершенные аналоги действительно найдут широкое применение и облегчат жизнь фитопатологов и агрономов.
Обзор
Автор
Редакторы
Обратите внимание!
Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.
Эволюция и происхождение вирусов
В 2007 году сотрудники биологического факультета МГУ Л. Нефедова и А. Ким описали, как мог появиться один из видов вирусов — ретровирусы. Они провели сравнительный анализ геномов дрозофилы D. melanogaster и ее эндосимбионта (микроорганизма, живущего внутри дрозофилы) — бактерии Wolbachia pipientis. Полученные данные показали, что эндогенные ретровирусы группы gypsy могли произойти от мобильных элементов генома — ретротранспозонов. Причиной этому стало появление у ретротранспозонов одного нового гена — env, — который и превратил их в вирусы. Этот ген позволяет вирусам передаваться горизонтально, от клетки к клетке и от носителя к носителю, чего ретротранспозоны делать не могли. Именно так, как показал анализ, ретровирус gypsy передался из генома дрозофилы ее симбионту — вольбахии [7]. Это открытие упомянуто здесь не случайно. Оно нам понадобится для того, чтобы понять, чем вызваны трудности борьбы с вирусами.
Из давних письменных источников, оставленных историком Фукидидом и знахарем Галеном, нам известно о первых вирусных эпидемиях, возникших в Древней Греции в 430 году до н.э. и в Риме в 166 году. Часть вирусологов предполагает, что в Риме могла произойти первая зафиксированная в источниках эпидемия оспы. Тогда от неизвестного смертоносного вируса по всей Римской империи погибло несколько миллионов человек [8]. И с того времени европейский континент уже регулярно подвергался опустошающим нашествиям всевозможных эпидемий — в первую очередь, чумы, холеры и натуральной оспы. Эпидемии внезапно приходили одна за другой вместе с перемещавшимися на дальние расстояния людьми и опустошали целые города. И так же внезапно прекращались, ничем не проявляя себя сотни лет.
Вирус натуральной оспы стал первым инфекционным носителем, который представлял действительную угрозу для человечества и от которого погибало большое количество людей. Свирепствовавшая в средние века оспа буквально выкашивала целые города, оставляя после себя огромные кладбища погибших. В 2007 году в журнале Национальной академии наук США (PNAS) вышла работа группы американских ученых — И. Дэймона и его коллег, — которым на основе геномного анализа удалось установить предположительное время возникновения вируса натуральной оспы: более 16 тысяч лет назад. Интересно, что в этой же статье ученые недоумевают по поводу своего открытия: как так случилось, что, несмотря на древний возраст вируса, эпидемии оспы не упоминаются в Библии, а также в книгах древних римлян и греков [9]?
Строение вирусов и иммунный ответ организма
Рисунок 1. Первооткрыватель вирусов Д.И. Ивановский (1864–1920) (слева) и английский врач Эдвард Дженнер (справа).
Почти все известные науке вирусы имеют свою специфическую мишень в живом организме — определенный рецептор на поверхности клетки, к которому и прикрепляется вирус. Этот вирусный механизм и предопределяет, какие именно клетки пострадают от инфекции. К примеру, вирус полиомиелита может прикрепляться лишь к нейронам и потому поражает именно их, в то время как вирусы гепатита поражают только клетки печени. Некоторые вирусы — например, вирус гриппа А-типа и риновирус — прикрепляются к рецепторам гликофорин А и ICAM-1, которые характерны для нескольких видов клеток. Вирус иммунодефицита избирает в качестве мишеней целый ряд клеток: в первую очередь, клетки иммунной системы (Т-хелперы, макрофаги), а также эозинофилы, тимоциты, дендритные клетки, астроциты и другие, несущие на своей мембране специфический рецептор СD-4 и CXCR4-корецептор [13–15].
Одновременно с этим в организме реализуется еще один, молекулярный, защитный механизм: пораженные вирусом клетки начинают производить специальные белки — интерфероны, — о которых многие слышали в связи с гриппозной инфекцией. Существует три основных вида интерферонов. Синтез интерферона-альфа (ИФ-α) стимулируют лейкоциты. Он участвует в борьбе с вирусами и обладает противоопухолевым действием. Интерферон-бета (ИФ-β) производят клетки соединительной ткани, фибробласты. Он обладает таким же действием, как и ИФ-α, только с уклоном в противоопухолевый эффект. Интерферон-гамма (ИФ-γ) синтезируют Т-клетки (Т-хелперы и (СD8+) Т-лимфоциты), что придает ему свойства иммуномодулятора, усиливающего или ослабляющего иммунитет. Как именно интерфероны борются с вирусами? Они могут, в частности, блокировать работу чужеродных нуклеиновых кислот, не давая вирусу возможности реплицироваться (размножаться).
Причины поражений в борьбе с ВИЧ
Тем не менее нельзя сказать, что ничего не делается в борьбе с ВИЧ и нет никаких подвижек в этом вопросе. Сегодня уже определены перспективные направления в исследованиях, главные из которых: использование антисмысловых молекул (антисмысловых РНК), РНК-интерференция, аптамерная и химерная технологии [12]. Но пока эти антивирусные методы — дело научных институтов, а не широкой клинической практики*. И потому более миллиона человек, по официальным данным ВОЗ, погибают ежегодно от причин, связанных с ВИЧ и СПИДом.
Подобный вирусный механизм характерен не только для ВИЧ. Он описан и при инфицировании некоторыми другими опасными вирусами: такими, как вирусы Денге и Эбола. Но при ВИЧ антителозависимое усиление инфекции сопровождается еще несколькими факторами, делая его опасным и почти неуязвимым. Так, в 1991 году американские клеточные биологи из Мэриленда (Дж. Гудсмит с коллегами), изучая иммунный ответ на ВИЧ-вакцину, обнаружили так называемый феномен антигенного импринтинга [23]. Он был описан еще в далеком 1953 году при изучении вируса гриппа. Оказалось, что иммунная система запоминает самый первый вариант вируса ВИЧ и вырабатывает к нему специфические антитела. Когда вирус видоизменяется в результате точечных мутаций, а это происходит часто и быстро, иммунная система почему-то не реагирует на эти изменения, продолжая производить антитела к самому первому варианту вируса. Именно этот феномен, как считает ряд ученых, стоит препятствием перед созданием эффективной вакцины против ВИЧ.
Открытие биологов из МГУ — Нефёдовой и Кима, — о котором упоминалось в самом начале, также говорит в пользу этой, эволюционной, версии.
Сегодня не только ВИЧ представляет опасность для человечества, хотя он, конечно, самый главный наш вирусный враг. Так сложилось, что СМИ уделяют внимание, в основном, молниеносным инфекциям, вроде атипичной пневмонии или МЕRS, которыми быстро заражается сравнительно большое количество людей (и немало гибнет). Из-за этого в тени остаются медленно текущие инфекции, которые сегодня гораздо опаснее и коварнее коронавирусов* и даже вируса Эбола. К примеру, мало кто знает о мировой эпидемии гепатита С, вирус которого был открыт в 1989 году**. А ведь по всему миру сейчас насчитывается 150 млн человек — носителей вируса гепатита С! И, по данным ВОЗ, каждый год от этой инфекции умирает 350-500 тысяч человек [33]. Для сравнения — от лихорадки Эбола в 2014-2015 гг. (на состояние по июнь 2015 г.) погибли 11 184 человека [34].
* — Коронавирусы — РНК-содержащие вирусы, поверхность которых покрыта булавовидными отростками, придающими им форму короны. Коронавирусы поражают альвеолярный эпителий (выстилку легочных альвеол), повышая проницаемость клеток, что приводит к нарушению водно-электролитного баланса и развитию пневмонии.
Рисунок 8. Электронная микрофотография воссозданного вируса H1N1, вызвавшего эпидемию в 1918 г. Рисунок с сайта phil.cdc.gov.
Почему же вдруг сложилась такая ситуация, что буквально каждый год появляются новые, всё более опасные формы вирусов? По мнению ученых, главные причины — это сомкнутость популяции, когда происходит тесный контакт людей при их большом количестве, и снижение иммунитета вследствие загрязнения среды обитания и стрессов. Научный и технический прогресс создал такие возможности и средства передвижения, что носитель опасной инфекции уже через несколько суток может добраться с одного континента на другой, преодолев тысячи километров.
Читайте также: