
Защита растений от болезний Шкаликов 2010
.pdfК а р а н т и н р а с т е н и й — важнейшее профилактическое ме роприятие. Во многих странах еще не обнаруженные, но представ ляющие потенциальную опасность для полезных растений вирусы являются объектами регламентированных законом государствен ных мероприятий по предотвращению их заноса в страну (объек ты внешнего карантина). Внутренний карантин предусматривает предупреждение дальнейшего распространения и максимальную локализацию уже имеющихся на территории страны определен ных вирусов. Карантинные объекты внесены в специальные спис ки. Страны — экспортеры растительной продукции обязаны со блюдать карантинные правила. Статус объектов внешнего каран тина в России имеют, например, андийские вирусы картофеля, вирус пятнистого увядания томата, тристецы цитрусовых, некро тического пожелтения жилок сахарной свеклы. К объектам внут реннего карантина в нашей стране относятся вирусы «шарки» сливы, кольцевой пятнистости томата, окаймления жилок земля ники и др. При импорте растений в сертификационном свиде тельстве должно быть подтверждено, что материал не содержит карантинных объектов. Эффективность мероприятий внешнего и внутреннего карантина зависит от надежности и быстроты мето дов идентификации вирусов.
П о л у ч е н и е и и с п о л ь з о в а н и е о з д о р о в л е н н о г о от в и р у с о в с е м е н н о г о и п о с а д о ч н о г о м а т е р и а л а — еще один метод защиты растений. Для контроля за состоя нием семеноводческих посевов и маточных насаждений в питом никах регулярно проводят фитосанитарные обследования с выб раковкой растений, зараженных вирусами. Визуальную оценку, как правило, дополняют лабораторными массовыми анализами (серологическими, ПЦР, индикаторными и др.). Разработаны эф фективные методики определения и идентификации вирусов не посредственно в семенном материале.
Для обеззараживания семян некоторых культур от вирусов при меняют тепловую обработку. Прогревание семян проводят при возможном заражении эндосперма, когда протравливание беспо лезно. Для получения незараженного посадочного материала мно гих вегетативно размножаемых культур используют также методы водной или суховоздушной термотерапии, если вирусы являются термолабильными.
Более надежен метод культуры верхушечных (апикальных) ме ристем, широко применяемый для оздоровления от вирусов кар тофеля, земляники, смородины, крыжовника, гвоздики и других растений. Метод основан на том, что в верхушечные меристемы растений вирусы не проникают (или их размножение там затруд нено). Из недифференцированной ткани растения на искусствен ной питательной среде в стерильных условиях можно регенериро
40
вать целое растение, сохранив его сорточистоту. При этом велика достоверность того, что оно будет безвирусным. Полученные та ким способом растения высаживают в почву, тестируют на нали чие вирусов и используют как маточные для дальнейшего размно жения. Лучший эффект оздоровления от вирусных инфекций по лучают при комбинировании метода культуры верхушечных мери стем с предварительной термотерапией или химиотерапией. В последнем случае в питательную среду для культивирования ме ристем вводят антивирусные добавки (гликопротеиды, полисаха риды, нуклеиновые кислоты, антибиотики высших растений) или обрабатывают ими исходные растения —доноры меристем.
С е л е к ц и о н н ы й м е т о д используют для защиты от вирус ных болезней не так широко, как для защиты от других патогенов. Однако имеются определенные успехи, например по созданию гибридов томата, устойчивых к вирусу табачной мозаики, сортов сливы, устойчивых к вирусу «шарки». При этом селекционеры стремятся вывести новые сорта, устойчивые не только к вирусу, но и к его переносчику. Большое значение придают выведению толерантных (выносливых) сортов, в которых наблюдаются не полное системное распространение вирусов, пониженная их кон центрация, бессимптомный характер проявления болезни, отсут ствие снижения продуктивности растений (сорта свеклы, толеран тные к вирусу слабого пожелтения).
Б о р ь б а с п е р е н о с ч и к а м и — важное направление борь бы с вирусными болезнями. Необходимо предотвратить или мак симально снизить вероятность передачи и последующего распрос транения вирусной инфекции живыми организмами-переносчи- ками. Основную роль в распространении вирусов играют насеко мые, чаще тли, цикадки, белокрылки, трипсы. Их уничтожают преимущественно химическим методом с помощью инсектицидов непосредственно в посадках растений или на межах, обочинах до рог, в защитных полосах. Выбор оптимальных сроков посева, гус тоты стояния растений, изоляция растений под пленкой и другие подобные способы дают возможность эффективно защищать рас тения от распространяемых переносчиками вирусов. Против не- матод-переносчиков проводят профилактическую дезинфекцию почвенного субстрата перед посадкой растений.
А г р о т е х н и ч е с к и е м е р о п р и я т и я , включающие унич тожение падалицы семян, растительных остатков, пространствен ную изоляцию поражаемых культур, маточных и товарных насаж дений; уничтожение сорняков-резерваторов вирусной инфекции, имеют очень большое значение в предотвращении вирусных забо леваний.
П р е и м м у н и з а ц и я основана на несовместимости род ственных видов или штаммов вирусов. Растения, искусственно за
41
раженные слабоагрессивным штаммом вируса, впоследствии ста новятся невосприимчивыми к вредоносным агрессивным штам мам того же вируса. Метод показал хорошие результаты при вак цинации (преиммунизации) тепличной культуры томата слабыми (авирулентными) штаммами вируса табачной мозаики для защиты от агрессивных штаммов этого вируса. Но в целом преиммунизация не получила широкого применения из-за возможности появ ления изменчивости патогена, усиления его вредоносности при совместном заражении с другими патогенами.
Из о р г а н и з а ц и о н н о - х о з я й с т в е н н ы х м е р о п р и я т и й особое внимание следует уделять дезинфекции (в растворе пероксида водорода, перманганата калия, спирта, тепловой обра боткой) орудий труда, используемых при уходе за растениями, особенно режущих инструментов, так как многие экономически значимые вирусы передаются контактным путем. Желательно зак реплять за отдельными блоками теплиц с растениями постоянных рабочих, имеющих сменную обувь и одежду. Перед входом в теп лицы помещают дезинфекционные коврики. Регулярно проводят визуальные обследования растений.
Вироиды — возбудители болезней растений. К этой группе фито патогенов относят вирусоподобные инфекционные агенты, кото рые не образуют характерных для вирусов нуклеопротеидных час тиц. Они представляют собой только низкомолекулярную цикли ческую одноцепочную РНК, являющуюся носителем инфекцион ности и использующую для своей репликации биосинтетическую систему клетки растения-хозяина. Приоритет открытия вироидов принадлежит Теодору О. Динеру, который в 1971 г. при изучении веретеновидных клубней картофеля установил новый тип возбу дителей, по свойствам отличающихся от вирусов.
Известны такие вироидные заболевания, как веретеновидность (готика) картофеля, экзокортис цитрусовых, карликовость хризантем, бледноплодность огурца, хлоротичная крапчатость огурца, карликовость хмеля и др. Основные симптомы вироидных болезней: угнетение роста растения или его отдельных орга нов, изменение окраски (хлороз, антоцианоз), деформация раз личных органов. Вироиды отличаются высокой инфекционное - тью, стойкостью к химическим и термическим воздействиям. Они распространяются с посадочным материалом, с семенами, контак тно-механическим путем. К основным методам диагностики ви роидов относят визуальную диагностику, метод гель-электрофоре- за, метод растений-индикаторов, электронную микроскопию, ме тод ПЦР. Защита растений от вироидных болезней сходна с защи той их от вирусных патогенов. Основной упор должен быть сделан на профилактические мероприятия, предотвращающие заражение растения вироидами и их дальнейшее распространение (использо
42
вание здорового посадочного и семенного материала, устойчивых сортов, дезинфекция режущих инструментов, применяемых при уходе). Против вироидов практически неэффективны культура верхушечных меристем in vitro и термотерапия. Многие вопросы, связанные с вироидными патогенами, еще не выяснены, требуют ся дальнейшие исследования.
1.5. БАКТЕРИИ И ФИТОПЛАЗМЫ
Фитопатогенные бактерии и фитоплазмы относят к прокарио там, то есть к организмам, не имеющим настоящего ядра. Одна или две хромосомы у этих организмов занимают область цито плазмы, называемую нуклеоидом.
По строению клеточной стенки они существенно отличаются от ядерных организмов — эукариот. В составе клеточных стенок прокариот, как правило, отсутствуют хитин и целлюлоза, харак терные для грибных или растительных клеток. Опорный каркас их клеточных стенок образован муреином и другими гликопептида ми, а капсула — полисахаридами.
1.5.1. БАКТЕРИИ
Биологическая характеристика бактерий. Из более чем 3000 из вестных видов бактерий около 100 вызывают болезни растений. Бактерии — одноклеточные организмы. Длина бактериальной клетки 1...3 мкм, ширина 0,3...0,6 мкм. Почти все фитопатогенные бактерии имеют палочковидную форму (исключение Streptomyces, которым свойственно нитчатое строение). Большинство фитопа тогенных бактерий подвижно благодаря наличию жгутиков, не подвижных форм немного. Бактерии могут иметь один или не сколько жгутиков. В зависимости от характера расположения жгу тиков все подвижные бактерии делят на м о н о т р и х о в — с од
ним полярным жгутиком, |
л о ф о т р и х о в — с пучком жгутиков |
||||
на одном |
из |
концов клетки и |
п е р и - |
||
т р и х о в — со |
жгутиками, |
расположен |
|||
ными |
по |
всей поверхности |
клетки |
||
(рис. 5). |
У большинства подвижных фи- |
Рис. 5. Типы жгутикования у бактерий:
а — без жгутиков; о — полярные жгутики; в — перигрихиальные жгутики
43
топатогенных бактерий жгутики полярные, реже встречается перитрихиальное их расположение.
Нуклеоид бактериальной клетки состоит из ДНК и небольшого числа связанных с ней белков; он распределен в цитоплазме рядом с цитоплазматической мембраной. Бактериальная клетка окруже на сравнительно толстой многослойной оболочкой — клеточной стенкой, внутренний опорный слой которой придает бактерии оп ределенную форму.
При особых условиях среды, например под влиянием антибио тиков, у некоторых видов образуются так называемые L-формы без клеточных стенок, которые затем могут восстанавливать пер воначальное строение.
Оболочка некоторых фитопатогенных бактерий покрыта тон ким слизистым слоем из экзополисахаридов, который обладает способностью разбухать, в результате чего на поверхности образу ется желатиноподобный чехол, или капсула. Слизистая капсула имеет большое значение для выживания бактерий в неблагоприят ных условиях: они становятся устойчивыми к действию солнеч ных лучей, химических веществ и к другим факторам. Во влажную погоду бактериальные клетки накапливаются на поверхности по раженных органов растений в виде слизи или экссудата.
На особенностях строения клеточной стенки бактерий основан важный метод диагностики — окраска по Граму. При этом бакте риальные клетки окрашивают растворами кристаллвиолета и йода, а затем обесцвечивают этиловым спиртом, после чего у од них видов краситель вымывается из стенок и они обесцвечивают ся, а у других прочно связывается и они остаются синими. Бакте рии, удерживающие краситель, называют г р а м п о л о ж и т е л ь ны ми, а обесцвечивающиеся — гр ам о тр и ц ате л ьн ы м и. Почти все фитопатогенные бактерии грамотрицательны; лишь виды родов Clavibacter, Bacillus и Streptomyces дают положительную реакцию.
Фитопатогенные бактерии начинают размножаться при темпе ратуре 5...10°С, оптимальная температура для размножения 25...30°С, прекращается оно при 33...40°С. В отличие от грибов, для роста которых благоприятна кислая среда, фитопатогенным бактериям для активной жизнедеятельности нужна нейтральная или слабощелочная среда.
По характеру питания фитопатогенные бактерии — гетеротрофы, способные расти на питательных средах. На твердых пита тельных средах бактерии образуют колонии, окраска, форма, по верхность которых типичны для данного вида или штамма.
Фитопатогенные бактерии синтезируют два типа пигментов: водонерастворимые, которые не выделяются в питательную среду, и водорастворимые, диффундирующие в нее. Водонерастворимые
44
пигменты придают бактериальным колониям характерную окрас ку, например колонии Xanthomonas имеют желтое окрашивание. Растворимые красящие вещества типичны для некоторых видов рода Pseudomonas: они выделяют зеленоватый флуоресцирующий пигмент и вызывают в ультрафиолетовом свете хорошо видимую флуоресценцию, вследствие чего эти виды и называют флуоресци рующими псевдомонадами.
Патогенные свойства бактерий связаны с активностью их фер ментов и токсинов. Большинство фитопатогенных бактерий со держат ферменты, растворяющие срединные пластинки клеточ ной ткани — пектиназы, протопектиназы, полигалактуроназы. Особенно высокой активностью отличаются ферменты возбудите лей гнилей. Патогенные бактерии могут выделять токсины. Воз действуя на растение, эти вещества нарушают его ферментатив ные системы и вызывают отмирание или увядание пораженных тканей и органов.
У фитопатогенных бактерий преобладает бесполое размноже ние путем деления материнской клетки пополам. Поразительна скорость размножения бактерий. При благоприятных условиях бактерии могут делиться каждые 20...50 мин, поэтому многие бак териальные болезни имеют очень короткий инкубационный пери од.
Бактериям, как и всем живым организмам, свойственна измен чивость: у них постоянно возникают формы с новыми признака ми, в том числе и патогенными. Наследственные изменения про исходят в результате мутаций, рекомбинаций и горизонтального переноса наследственной информации: трансформации, трансдукции и конъюгации.
Простейшая форма горизонтального переноса генетического материала — это т р а н с ф о р м а ц и я , при которой ДНК, выде ленная клетками одного штамма бактерий, поглощается живыми клетками другого штамма и включается в их геном. При тр ан с - д у к ц и и генетическое вещество передается из одной бактери альной клетки в другую при помощи бактериофага — вируса бак терии. При к о н ъ ю г а ц и и происходят контакт бактериальных клеток и передача наследственного фактора из одной клетки — донора в другую — реципиент. Мутации под влиянием облучения или химических веществ могут происходить в любой части моле кулы ДНК. Мутации могут проявляться в изменениях морфоло гии колонии и клеток, их окраски, вирулентности и т. д.
Систематика фитопатогенных бактерий. Согласно современной классификации бактерий фитопатогенные виды находятся в сле дующих таксонах.
1. Отдел Firmicutes (грамположительные).
Род Bacillus — подвижные, спорообразующие, с перитрихиаль-
45
ным жгутикованием. Например, Bacillus pumilus Meyer et Gottheil — возбудитель бактериальной пятнистости листьев свек лы.
Род Clavibacter (синоним — Corynebacterium) — неподвижные бактерии, образующие цепочки. Наиболее вредоносные виды:
С. michiganensis subsp. michiganensis (Smith) Davis et al. — возбуди тель бактериального рака томата; С. michiganensis subsp. sepedonicus
(Spieckermann et Kotthoff) Davis et al. — возбудитель кольцевой гнили картофеля.
Род Streptomyces. Формируют тонкий разветвленный мицелий со спорами. Из вредоносных видов следует отметить Streptomyces scabiei Lambert et Loria — возбудителя обыкновенной парши кар тофеля.
Класс Mollicutes. К этому классу относятся фитоплазмы. 2. Отдел Proteobacteria (грамотрицательные).
Семейство E n t e r o b a c t e r i a c e a e . Подвижные, с перитрихиальным жгутикованием, факультативные аэробы.
Род Erwinia. Вызывают некрозы и увядания. Наиболее вредо носный вид — Е. amylovora (Burrill) Winsl. et al. — возбудитель бак териального ожога плодовых.
Род Pectobacterium. Вызывают некрозы и мокрые гнили раз личных растений. Наиболее вредоносные возбудители болезней:
P. carotovorum subsp. carotovorum (van Hall) Hauben — вызывает мокрую гниль клубней картофеля и слизистый бактериоз капусты;
P. carotovorum subsp. atrosepticum (Jones) Hauben — вызывает чер ную ножку картофеля.
Род Pantoae. Вызывают листовые пятнистости, израстания и другие поражения. Наиболее значимый вид — Pantoea stewartii subsp. stewartii (Smith) Mergaert et al. — возбудитель бактериального увядания кукурузы.
Семейство R a l s t o n i a c e a e . Наиболее важный в экономи ческом отношении вид — R. solanacearum (Smith) Yabuuchi et al. —
возбудитель бурой гнили картофеля и увядания многих культур. Семейство P s e u d o m o n a d a c e a e . Грамотрицательные под
вижные палочки с полярными жгутиками. Синтезируют водора створимый флуоресцирующий пигмент и различные токсины. Род Pseudomonas включает около 50 видов, многие из которых фитопа тогенны. Наиболее вредоносные возбудители болезней растений относятся к виду Pseudomonas syringae: P. syringae pv. atrofaciens
Stevens — вызывает бурый бактериоз злаков; P. syringae pv. lachrymans (Sm. et Br.) Carsner — вызывает угловатую пятнистость листьев огурца; P. syringae pv. syringae van Hall — вызывает листо вые пятнистости многих видов растений.
Семейство X a n t h o m o n a d a c e a e . Бактерии рода Xanthomonas вызывают заболевания более 400 видов растений. Синтезируют
46
желтый пигмент. Наиболее вредоносные возбудители болезней:
Xanthomonas campestris pv. campestris (Pammel) Dows.—вызывает сосудистый бактериоз капусты; X. translucens pv. translucens (Jones et al.) Dye — вызывает черный бактериоз пшеницы.
Семейство B u r k h o l d e r i a c e a e . Один из наиболее вредо носных возбудителей болезней — Burkholderia cepacia (Palleroni et Holmes) Yabuuchi et al. — вызывает бактериоз лука и чеснока.
Семейство R h i z o b i a c e a e . Грамотрицательные, подвижные благодаря полярным жгутикам. Среди фитопатогенов наиболее известен в связи с высокой вредоносностью вид Agrobacterium tumefaciens Sm. et Towns — возбудитель корневого рака плодовых, винограда и рака корнеплодов свеклы.
Распространение и источники первичной инфекции. Бактерии не способны проникать непосредственно через покровную расти тельную ткань. Они попадают в растение через механические по вреждения либо через естественные отверстия: устьица, гидатоды (водные поры), чечевички и цветки.
Особое значение для проникновения бактерий в растения име ет влажность воздуха: высокая влажность воздуха или наличие ка пельно-жидкой влаги на поверхности растения способствуют за ражению. Оптимальная температура для размножения большин ства фитопатогенных бактерий 25...30°С. Сочетание повышенной влажности воздуха с оптимальной температурой благоприятствует проникновению бактерий и последующему развитию заболева ния. Продолжительность инкубационного периода при бактерио зах также существенно зависит от условий внешней среды и варь ирует от нескольких дней до нескольких месяцев.
Многие бактерии способны передвигаться по сосудистой сис теме растения, что обеспечивает быстрое распространение возбу дителей и проникновение их в семена. В период вегетации бакте рии передаются от растения к растению насекомыми, человеком, ветром, водой. При влажной погоде в зоне некрозов часто появля ются экссудаты, содержащие огромное количество бактерий, ко торые могут переноситься на соседние растения с каплями дождя, ветром, с помощью насекомых, а также при контакте растений. Переносчиками бактерий на большие расстояния могут быть пти цы. Так, возбудитель бактериального ожога плодовых (Erwinia amylovora) переносят из страны в страну птицы во время сезонных перелетов.
Фитопатогенные бактерии распространяются и с орудиями труда (машины, ножи), тарой и др. Они сохраняются в заражен ных семенах, посадочном материале, в растительных остатках, реже в почве.
В послеуборочных растительных остатках фитопатогенные бак терии могут сохраняться до полной их минерализации. Чем мед
47
леннее идет процесс разрушения растительных остатков, тем дольше бактерии сохраняют жизнеспособность. После разруше ния растительных остатков в почве фитопатогенные бактерии бы стро погибают, так как их подавляют антагонисты — почвенные микроорганизмы. Исключение составляют лишь возбудители кор невого рака плодовых (Agrobacterium tumefaciens Conn), бактери ального увядания [Ralstonia solanacearum (Smith) Yabuuchi et al.],
обыкновенной парши картофеля (Streptomyces scabiei Lambert et Loria) и некоторые другие виды бактерий, способные сохраняться в почве в течение нескольких лет.
Для многочисленных видов фитопатогенных бактерий харак терна способность сохраняться определенное время эпифитно на поверхности растений и латентно в их тканях.
Некоторые фитопатогенные бактерии могут сохраняться также в теле насекомых, например возбудитель слизистого бактериоза капусты [Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum (Van Hall) Hauben] сохраняется в личинках капустной мухи, а P. chrysanthemi pv. chrysanthemi (Burkholder et al.) Brenner et al., Hauben et al. — в
личинках и взрослых особях тли.
Симптомы бактериозов. По воздействию бактерий на растения и степени поражения тканей все бактериозы делят на два типа: диф фузные, или системные, и местные, или локальные.
При д и ф ф у з н ы х бактериозах возбудитель проникает в со судистую систему растения, распространяется в проводящих пуч ках и прилегающих к ним тканях. При этом нарушается нормаль ный процесс поступления в растение воды и оно увядает. Иногда причиной увядания становится отравление токсинами бактерий. К этому типу болезней относятся сосудистый бактериоз капусты
(Xanthomonas campestris pv. campestris), кольцевая гниль картофеля {Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus), бактериальный рак то мата ( Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis).
М е с т н ы е бактериозы проявляются в поражении паренхим ных тканей отдельных органов растений — листьев, плодов, побе гов и т. д. Основные их симптомы: некроз, хлороз, гниль, опухоль и парша.
Формы некрозов могут быть различными. Так, некроз при уг ловатой пятнистости листьев огурца (возбудитель Pseudomonas syringae pv. lachrymans) ограничен тонкими жилками листовых пла стинок, вследствие чего приобретает угловатую форму. Некрозы могут иметь также округлую и другие формы.
При поражении бактериями сочных, богатых углеводами па ренхимных тканей — клубней, плодов, корнеплодов, — болезнь проявляется в виде мокрых гнилей. При этом под действием экзо ферментов пектиназ разрушается межклеточное вещество, вслед ствие чего пораженная ткань превращается в мягкую кашицеоб
48
разную массу с характерным неприятным запахом. Такой симптом проявляется при слизистом бактериозе капусты и мокрой гнили картофеля [Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum (van Hall) Hauben] и других заболеваниях.
Хлорозы при бактериальных инфекциях часто появляются на ранних стадиях заболевания или возникают вокруг некрозов.
Образование опухолей, галлов в результате бактериальной ин фекции наблюдается вследствие усиленного деления меристематических клеток. Этот симптом наблюдается при корневом бакте риальном раке плодовых, винограда и других культур
(Agrobacterium tumefaciens), туберкулезе свеклы [Xanthomonas beticola (Smith et al.) Savulescu].
Диагностика бактериальных болезней. Для диагностики бакте риозов используют следующие методы.
1.В и з у а л ь н ы й а н а л и з с и м п т о м о в . Точно определить заболевание на основании симптомов можно лишь в редких слу чаях, когда симптомы носят специфический характер. На бакте риальную природу некрозов часто указывает наличие экссудата. Для стимулирования его проявления пораженные части растений помещают во влажную камеру.
2. М и к р о с к о п и ч е с к и й с и с п о л ь з о в а н и е м о к р а ш и в а н и я . Микроскопический препарат готовят из пораженной ткани растения, для чего используют пограничные участки между пораженной и здоровой тканью. Проведение окрашивания (на пример, по Граму) облегчает распознавание бактериальных клеток
вткани растения-хозяина.
3.М и к р о б и о л о г и ч е с к и й . Заключается в изоляции воз будителя из пораженных тканей на искусственные питательные среды. При этом необходимо установить патогенность изолятов бактерий, то есть их способность вызывать на искусственно инфи цированных растениях те же симптомы, какие были на исследуе мом растении при естественном поражении. При этом действуют
всоответствии с правилом Роберта Коха, названным триадой Коха. Метод включает три основных этапа: выделение возбудите ля, заражение растения и снова выделение возбудителя.
4.С е р о л о г и ч е с к и й . Сущность метода такая же, как при диагностике вирусов. Сложность серологической диагностики бактерий состоит в том, что у бактериальной клетки имеются бел ки, не только специфичные для вида, но и общие для рода и се мейства бактерий. Поэтому для получения специфичной антисы воротки используют лишь видоспецифичные белки (антигены). Наиболее часто применяют такие серологические методы, как иммуноферментный анализ и реакцию иммунофлуоресценции.
5.М о л е к у л я р н ы й . Среди нескольких диагностических ме тодов, в которых используется полиморфизм молекулы ДНК бак
49