Вирусы были открыты в 1892 г. русским физиологом Д. И. Ивановским при
изучении мозаичной болезни табака. Это мельчайшие возбудители болезней
растений, животных и человека, относящиеся к облигатным паразитам. У них
доклеточное строение. Размеры вирусов в большинстве случаев менее 200
нм. Фитопатогенные вирусы имеют нитевидную, палочковидную, шаровидную
форму. Зрелая вирусная частица (вирион) в качестве инфекционного начала
содержит РНК (~5% массы), лишь немногие — ДНК и белковую оболочку
(-90%). Вирусный белок синтезируется на рибосомах клетки хозяина,
биосинтез протекает за счет энергии, получаемой от его клетки.
Размножаются вирусы не делением, как одноклеточные организмы, а путем
синтеза отдельных молекул и последующей сборки из них целых частиц.
После проникновения в клетку растения-хозяина вирус разделяется на белок
и нуклеиновую кислоту. Нуклеиновая кислота начинает управлять синтезом
тех ферментов, которые нужны не клетке, а вирусу. Под воздействием
ферментов из имеющегося в клетке материала синтезируются новые молекулы
вирусного белка и нуклеиновой кислоты, из них собираются новые вирусные
частицы. В процессе сборки (репликации) вирионов могут возникать
генетически измененные формы — штаммы вирусов, способные поражать ранее
устойчивые сорта. При переходе вирусной нуклеиновой кислоты через
плазмо-десмы в соседние клетки в них также может начаться синтез
вирусных частиц. По всему растению вирусные нуклеотиды разносятся с
током питательных веществ по флоэме.
Концентрация вирусных частиц в клетке достигает нескольких миллионов,
после чего размножение прекращается и начинается фаза покоя. Некоторые
фитопатогенные вирусы в это время находятся в виде скопления вирусных
включений, состоящих из аморфных тел (Х-тела) или различной формы
кристаллов (кристаллы Ивановского).
По отношению к факторам внешней среды фитопатогенные вирусы
подразделяются на две группы: стойкие и нестойкие. Большинство стойких
вирусов относится к группе мозаик. Они сохраняют целостность частиц при
нагревании, подкислении, некоторые не гибнут при 10-минутном прогревании
до 80...900 и выдерживании в течение нескольких дней в выжатом соке
зараженного растения. Другие вирусы инактивируются при 37...50°, поэтому
против них применяют прогревание. Нестойкие вирусы быстро инактивируются
в выжатом соке растений и разрушаются при различных химических
воздействиях. По этой причине их трудно выделить в чистом виде.
Симптомы и типы вирусных болезней растений
Наиболее распространенный тип проявления вирусных болезней растений —
мозаичная расцветка листьев в результате разрушения хлорофилла:
посветление, чередование светло- и темно-зеленых участков, некротические
пятна, штрихи, кольца и др. У некоторых растений появляются мелкие
участки отмершей ткани. В ряде случаев нарушается форма растений
(деформация) за счет морщинистости и курчавости листьев.
Часто встречается другая группа вирусных болезней — желтуха. Ее
возбудитель поселяется во флоэме и более глубоко воздействует на обмен
веществ растения. Это приводит к карликовости, чрезмерной кустистости,
раковым наростам и др. Из-за нарушения нормальной транспортировки
углеводов в листьях накапливается крахмал, они становятся толстыми,
хрупкими, с характерным блеском, скручиваются вдоль центральной жилки
(скручивание листьев).
Сохранение вирусов
Вирусы не могут размножаться вне живой клетки растения-хозяина или
насекомого-переносчика. Многие вирусы неспособны и сохраняться вне
живого организма. Это прежде всего циркулятивные вирусы, т.е.
нуждающиеся в биологической (персистентной) передаче. Они
перезимовывают в живых частях растений — корнеплодах, клубнях, луковицах
и т.д. (вирусы вегетативно размножающихся растений — картофеля, свеклы,
лука и т.д.). Передача их из года в год потомству приводит к резкому
снижению продуктивности растений и вырождению сорта. Некоторые вирусы:
мозаики табака (TMV), зеленой мозаики огурца (CGMMV) и др., т.е. самые
стойкие, способны сохраняться с растительными остатками и в почве. Вирус
мозаики сои, мозаики фа-
- соли, кольцевые вирусы косточковых (CGMMV) и др. сохраняются и
передаются с семенами. Специализация вирусов может быть узкой и широкой.
Так, CGMMV поражает только огурец, a CMV — вирус мозаики огурца, кроме
тыквенных, заражает растения из других ботанических семейств (гречиху
посевную, томат, примулу и др.).
Распространение вирусов
Известно несколько способов передачи фитопатогенных вирусов от растения
к растению: прививка, контактное заражение, с помощью переносчиков,
через семена и пыльцу.
Прививка. Таким путем распространяются многие вирусы плодовых культур,
размножаемых прививкой на подвои. Поэтому очень важно, чтобы маточные
деревья, с которых нарезают черенки, и подвои были свободны от вирусов.
Контактное заражение. При контакте листьев больных и здоровых растений
передаются только стойкие вирусы, длительное время не инактивирующиеся в
выжатом соке (TMV, PVX картофеля и др.). Они могут распространяться
также через сельскохозяйственные орудия, одежду работающих и др.
Особенно опасны приемы ухода за растениями, связанные с поранением (пасынкование
томатов, ломка листьев табака и др.).
Передача переносчиками
Большинство фитопатогенных вирусов распространяется насекомыми с
колюще-сосущим ротовым аппаратом, главным образом тлями. Это также
цикадки, трипсы, клопы, белокрылки, жуки и клещи. Механизм переноса
насекомыми вирусов неодинаков. Мозаичные (не-персистентные) вирусы
распространяются стилетным, или неперсистентным, способом. Насекомые,
такие как тли, питаясь на больном растении, через 0,5—2 ч становятся
вирофорными, т.е. способными передавать вирусную инфекцию. Это свойство
теряется в течение нескольких часов. К неперсистентным вирусам относятся
Potato virus Y (PVY), вирус мозаики свеклы, мозаики яблони, CMV и др.
Другие вирусы распространяются только персистентным способом. Насекомые
становятся вирофорными через несколько часов или несколько дней,
сохраняя инфекционность длительное время —-100 ч и более, а иногда всю
жизнь. Вирус распространяется вместе со слюнным секретом в процессе
питания насекомого на здоровом растении. Переносчиками, как правило,
являются специализированные виды насекомых, чаще всего цикадки, реже —
тли, трипсы, клопы, клещи. Вирусы, нуждающиеся в такой передаче,
называются персистентными, или циркулятивными. Болезни, вызываемые ими,
относят к группе желтух. Это вирус бронзовости томата, мозаики тыквы,
курчавости верхушки свеклы и др.
Кроме того, существует полуперсистентная передача, при которой насекомые
сохраняют инфекционность в течение 10—100 ч. Ими переносятся PVM
картофеля, Potato virus М. и др. Почвенные нематоды, паразитирующие на
корнях растений, являются переносчиками вируса полосатой мозаики
пшеницы, ряда вирусов плодовых и ягодных культур. Имеются данные о
распространении вирусов почвенными грибами: некроз табака, огурца
передается зооспорами Olpidium brassicae, Potato virus X (PVX) картофеля
— возбудителем рака картофеля (Syn-chytrium endobioticum), вирус
мегельчатости верхушки картофеля (моп-топ) — возбудителем порошистой
парши (Spongospora subterranea), ряд вирусов злаков и вирус
бородавчатости корней свеклы (ризомания) — грибами рода Polymixa. С
семенами передается примерно 20% вирусов. Это вирусы бобовых (мозаика
фасоли, мозаика сои), томата (TMV), огуречный вирус 2 (CGMMV). Передача
вирусов через пыльцу к семенам в процессе опыления растений достоверно
доказана лишь дня немногих вирусов (преимущественно плодовых культур).
Влияние условий окружающей среды на развитие вирусных болезней
Неблагоприятные условия (температура, влажность и др.), ослабляя
растения, усиливают репродукцию вируса в них, повышают вредоносность
заболевания. Так, высокие температуры приводят к развитию большей части
вирусных болезней картофеля, желтой карликовости картофеля. Заболевание
малины мозаикой, напротив, активизируется при понижении температуры
(осенью). Неблагоприятным фактором может быть также несбалансированное
внесение удобрений, например, больших доз азотных удобрений.
Методы диагностики
Основными методами диагностики вирусов и вызываемых ими болезней,
являются: 1) установление инфекционности заболевания; 2) серологический
метод; 3) метод растений-индикаторов; 4) электронная
микроскопия, а также 5) люминесцентный анализ; 6) анатомический; 7)
химический метод.
Установление инфекционности заболевания осуществляется путем передачи на
здоровые растения вирусов, распространяющихся контактно-механическим
способом. Из листьев больных растений приготавливают сок, втирают его в
лист здорового растения пальцем, ватным тампоном или шпателем, обернутым
тонким споем ваты. Зараженные растения помещают под изоляторы и
наблюдают через определенное время за появлением симптомов заболевания.
Прививки — для передачи вирусной инфекции больной привой прививают на
здоровый подвой или наоборот.
Насекомые-переносчики. Насекомых, чаще всего персиковую тлю (Myzodes
persicae), выдерживают в течение определенного времени на больных
растениях, а затем переносят на здоровые. Растения строго изолируют от
заражений извне.
Пересадка растений. К этому приему прибегают для подтверждения или
опровержения вирусной природы заболевания. Например, при определении
причин хлороза растения пересаживают на заведомо благоприятную почву.
Если хлороз был вызван плохими почвенными условиями, то через
определенное время у растений восстанавливается типичная зеленая
окраска. При вирусном хлорозе она не изменяется.
Серологический метод. Вирусы, как и бактерии, грибы, а также белки
животных и растений, приводят к накоплению специфических видоизмененных
белков-антител в крови теплокровных животных. Они реагируют только на те
антигены, к которым получена антивирусная сыворотка. Реакция между
антителом и специфическими антителами носит название серологической
реакции (от латинского serum—сыворотка).
В практике широко применяют капельный серологический метод,
разработанный М. С. Дуниным и Н. Н. Поповой (1937), и его модификации.
Метод заключается в следующем. На предметное стекло наносят 2 капли
испытуемого сока. В одну из них добавляют 1—2 капли сыворотки,
специфичной к определенному вирусу, а в другую — такое же количество
контрольной сыворотки, получаемой от неиммунизи-рованных животных. Капли
сока и сыворотки перемешивают уголками чистого предметного стекла. Если
в соке растения вирус, соответствующий антителам в сыворотке,
присутствует, то в капле через 1— 3 мин образуется хлопьевидный осадок —
преципитат (положительная реакция). Если в соке вируса нет, капля
остается, как и контрольная, равномерно мутной. В
научно-исследовательских институтах и лабораториях для выявления
сферических вирусов применяют реакцию преципитации в агаровом геле.
Более совершенной и высокочувствительной модификацией является
иммуноферментный метод, основанный на цветной ферментативной реакции
антител, связанных с моле-кулами фермента (пероксидазы или фосфатазы).
Растения-индикаторы. Для инокуляции используют молодые, интенсивно
растущие растения в фазе 3—4 листьев, дающие очень четкую реакцию,
строго специфичную к определенному виду вируса. Для этого листья
растения-индикатора натирают соком больного (исследуемого) растения.
Метод несколько громоздкий, но довольно точный. Для экономии места,
материала можно брать не целое растение, а отделенные листья, помещаемые
в чашки Петри.
Метод электронной микроскопии. Электронный микроскоп позволил определить
не только форму и строение, но и размеры вирусных частиц.
Метод включений. В ряде случаев развитие некоторых вирусов в клетке
сопровождается образованием в ней специфичных отложений (вирусных
включений). Это могут быть скопления (кристаллы, паракристаллы и т.п.)
самих вирусных частиц или образования, состоящие из элементарных частиц
вируса и аморфного вещества клетки. Каждому виду вируса свойственна своя
форма вирусных включений. Например, для вируса табачной мозаики —
игловидные и гексагональные кристаллы, образующиеся в клетках для
Х-вируса картофеля и вируса мозаики пшеницы — сферические аморфные тела.
Внутриклеточные вирусные включения образуются в основном в клетках
волосков или эпидермиса листьев, они обнаруживаются с помощью обычного
биологического микроскопа.
Химический метод диагностики разработан для выявления зеленой и белой
мозаики огурца, вируса скручивания листьев картофеля и др.
Защитные мероприятия от вирусных болезней
Защитные мероприятия против вирусных заболеваний должны строиться с
учетом особенностей культуры и свойств вируса, вызывающего заболевание.
Комплекс защитных мероприятий включает профилактические и
предупредительные меры. Ведущее место принадлежит выведению и
районированию устойчивых сортов, обладающих невосприимчивостью
(иммунитетом) к определенным вирусным заболеваниям. Перспективным
направлением является использование интерференции (несовместимости)
родственных видов или штаммов вируса. Растения, искусственно зараженные
слабо агрессивным штаммом, становятся невосприимчивыми к более
агрессивным штаммам того же вируса. Для получения здорового семенного
или посадочного материала проводят противовирусные прочистки семенных
участков, при которых удаляют все растения с симптомами вирусных
болезней, выявляемых при визуальной и серологической оценке.
Важное значение имеют агротехнические мероприятия, условия выращивания
растений: сроки посева, густота стояния, удобрения, уничтожение сорных
растений — резерваторов вирусной инфекции, борьба с насекомыми —
переносчиками вирусов. Химические способы борьбы применяются
ограниченно, так как вирусы находятся внутри живых клеток растений, и
вещества, способные подавить (инактивировать) вирус, оказываются
токсичными и для самой клетки. Установлено, что против вирусов мозаики
табака и бронзовости листьев томатов эффективны некоторые виды
антибиотиков (иманин, аренарин и др.).
Инактивирующее действие на вирусы оказывают также соли металлов и
органические кислоты.
Вироиды
Вироиды, в отличие от вирусов, не образуют характерных нукле-опротеидных
частиц, а состоят из одной низкомолекулярной одноцепочечной РНК, которая
способна проникать в растение и размножаться там. Вироиды вызывают такие
заболевания, как веретеновцдность («готика») клубней картофеля,
экзокортис цитрусовых, карликовость и хлоротичносгь хризантем,
бледноплодаость огурца, карликовость хмеля и др. Вироиды отличаются
высокой инфекционностыо, они стойки к химическим и термическим
воздействиям.
Вироидная инфекция распространяется как с зараженным посадочным
материалом, так и механическим путем. Основные методы диагностики: метод
растений-индикаторов, визуальной оценки по анато-мо-морфологическим
изменениям больных растений, электронной микроскопии, выделение
вироидной РНК. Многие вопросы, связанные с репликацией вироидов, их
специализацией, взаимоотношениями с клеткой и организмом хозяина, еще
недостаточно изучены.
Микоплазмы
Микоплазмы — специфическая группа патогенных организмов, по размерам
(80—800 нм) и характеру воздействия на поражаемые растения близких к
вирусам. Форма большинства из них овальная или округлая; встречаются
также вытянутые, нитевидные, ветвистые и т.д. В отличие от вирусов они
обладают полиморфизмом, т.е. один и тот же микоплазменный организм может
быть различной формы и размера. Микоплазменные организмы имеют клеточное
строение, но вместо настоящей клеточной стенки окружены трехслойной
элементарной мембраной, содержат РНК, ДНК и рибосомы, сходные с
рибосомами бактерий. Устойчивы к пенициллину, но подавляются
антибиотиками группы тетрациклина. Размножение происходит путем
почкования или бинарным делением, некоторые способны размножаться на
искусственных питательных средах. Распространяются главным образом по
проводящим сосудам флоэмы растения. Характерными симптомами этого
вредоносного заболевания являются: угнетение роста, деформация
вегетативных и генеративных органов и др. Часто отмечается позеленение
цветков (столбур пасленовых), превращение отдельных частей цветка в
листовидные образования (филлодия клевера, реверсия черной смородины и
др.).
Основными переносчиками служат цикадки: Hyalesthes obsoletus,
Macrosteles fascifrons и др., которые передают инфекцию по истечении
определенного (латентного или инкубационного) периода.
Микоплазменные организмы перезимовывают только в живых органах растений
— клубнях, корневищах многолетних сорняков, корнеплодах, луковицах и
т.д. С семенами и растительными остатками не передаются.
Многие виды микоплазменных организмов обладают широкой филогенетической
специализацией, т.е. способны поражать растения различных семейств. Так,
столбур пасленовых поражает томат, картофель, перец, а также сорные
растения: вьюнок, молочай, бодяк, цикорий и др. В то же время реверсия
смородины опасна только для черной смородины.
Диагностика микоплазменных заболеваний.
1. По внешнему виду (по симптомам проявления).
2. Электронно-микроскопическое исследование.
3. Установление инфекционности патогена (прививкой, посредством
насекомых).
4. Биологический метод (выделение возбудителя в чистую культуру,
заражение им здорового растения и получение симптомов, идентичных
первоначальным, повторное выделение возбудителя из искусственно
зараженных растений).
5. Реакция возбудителей на антибиотики группы тетрациклина.
Защитные мероприятия от микоплазменных болезней
1. Уничтожение сорных растений—резерваторов инфекции и борьба с
насекомыми-переносчшсами (главным образом цикадками).