Что такое фитопатогенные вирусы

Вирусы — это мельчайшие (субмикроскопические) возбудители болезней растений, человека и животных. Вирусная частица (вирион) большинства фитопатогенных вирусов имеет палочковидную или нитевидную форму, но могут быть округлые, сферические, многогранные и другие. По химическому составу вирусы являются нуклеопротеидами, то есть они состоят из белка и одной нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК). Отмечено, что большинство фитопатогенных вирусов содержит, как правило, РНК (рибонуклеиновая кислота), но некоторым вирусам свойственно наличие ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота).

Нуклеиновая кислота занимает в вирусной частице центральную часть, представляя собой нечто вроде спирали, на которую нанизывается множество симметрично расположенных молекул белка. Нуклеиновая кислота занимает в вирусной частице всего около 5 % в палочковидных вирусах (вирус табачной мозаики), в сферических-17-35 % (вирус мозаики фасоли, желтой мозаики турнепса и др.). Остальная часть вирона −65-95 % состоит из белков, в состав которых входит 20 аминокислот. Белковая оболочка окружает и защищает нуклеиновую кислоту, которая является носителем инфекции и наследственных свойств.

Вирусы живут и размножаются (реплицируются) только в живой клетке, образуя подобные себе новые вирусные частицы. Попав в клетку растения — хозяина, нуклеиновая кислота освобождается от белковой оболочки, реплицируется (размножается), начинается синтез новой нуклеиновой кислоты и вирусного белка, в результате собираются новые вирусы. Они могут перемещаться из клетки в клетку по плазмодесмам или по сосудистой системе.

В растительной клетке нарушается естественный ход обмена веществ, в частности, функция хлоропластов, ростовые процессы и т. д. В растение вирусы могут проникать только через поврежденную растительную ткань:

механически в процессе ухода за растениями (пасынкование, черенкование, прищипка и др.),
с помощью насекомых колюще-сосущего типа (тли, цикадки, клопы, трипсы).

Насекомые же являются основными переносчиками вирусов от растения к растению, и механизм передачи может быть:

механическим,
биологическим путем.

При механической передаче насекомое, питаясь на больном растении и загрязняя вирусом свой ротовой аппарат (кончик стилета), может сразу же перенести вирусную инфекцию на другое растение. Такой перенос осуществляется тлями.

Биологический путь- это когда насекомое становится носителем вирусов, то есть вирус, попадая в организм, проходит скрытый период развития и переходит из пищевода в слюнные железы. Насекомое становится способным передать инфекцию не сразу после питания на больном растении, а по истечении какого-то времени. Чаще всего такой путь характерен для цикадок, реже тлей, трипсов, клопов, клещей.

В период вегетации вирусы могут передаваться от растения к растению человеком во время пасынкования, чеканки, прищипки, когда сок с больного вирусной инфекцией растения попадает через ранки в здоровые растения. Сохраняются вирусы в организме насекомого, переносчика вируса, или в семенах, клубнях, корнеплодах, луковицах, редко в растительных остатках (ВТМ).

Вирусы — облигатные паразиты, среди них встречаются узкоспециализированные, например, вирус зеленой мозаики огурца поражает только огурец и немногие виды семейства тыквенных. В то же время есть вирусы, поражающие растения из разных биологических семейств. Признаки вирусных болезней очень разнообразны, чаще всего встречаются:

изменение окраски (мозаичная расцветка листьев),
деформация органов (морщинистости, скручивание),
задержка роста (карликовость),
некрозы (полосчатая пятнистость, стрик),
нарушение репродуктивных органов (стерильность, бессемянность, опадение цветков и завязи).

Вирусные болезни не вызывают гибели растений, но, угнетая больное растение, они вызывают снижение его продуктивности. Вред проявляется в снижении урожая и ухудшении качества продукции: снижается сахаристость корнеплодов сахарной свеклы, падает содержание крахмала в клубнях картофеля и т. д. Основными мероприятиями по защите растений от вирусных болезней следует считать использование безвирусного посадочного материала, возделывание вирусоустойчивых сортов и борьбу с переносчиками вирусов. Важное значение имеют противовирусные прочистки, то есть удаление больных растений на семенных участках картофеля, овощных и других культур; уничтожение сорных растений — резерваторов вирусных инфекций; соблюдение оптимальных сроков сева, густоты стояния растений.

Болезнями растений занимается наука фитопатология.

Фитопатология (от греч. phyton — растение, pathos — болезнь и logos — учение), наука о болезнях растений, средствах и методах их профилактики и ликвидации. Тесно связана с анатомией и физиологией растений, микробиологией, микологией, генетикой, селекцией, растениеводством, химией, физикой и другими естественными науками. Частная Фитопатология включает сельскохозяйственную фитопатологию, которая исследует болезни сельскохозяйственных культур, лесную фитопатологию (болезни деревьев и кустарников) и фитопатологию декоративных культур.
Болезни растений – это патологические процессы, протекающие в растениях под влиянием возбудителей болезней и неблагоприятных условий среды; проявляются в нарушении фотосинтеза, дыхания и других функций, вызывают поражения отдельных органов или преждевременную гибель растений. Болезни снижают урожай и ухудшают его качество. Известно свыше 30 тыс. различных болезней растений.
В развитии инфекционных болезней различают несколько фаз:

- прединфекционная (накопление инфекционного начала в окружающей среде),
- заражение (внедрение возбудителя болезни в растение),
- инкубационный период (скрытое развитие возбудителя болезни внутри растения, без видимых визуально симптомов)
- послеинкубационный период (появление внешних признаков заболевания),
- защитная реакция растения (иммунные реакции).

Инфекционные болезни часто принимают характер массового развития, или -эпифитотий.

К возбудителям инфекционных болезней растений относятся.
1. Паразитические грибы (по ориентировочным подсчетам, существует не менее 10 000 видов фитопатогенных грибов); Грибы предпочитают кислую среду обитания. Сок растений обычно имеет слабокислую реакцию. Грибы образуют особые структуры, с помощью которых проникают через покровы тканей растений и клеточную стенку. Большинство грибов образуют два вида спор, одни из которых служат для распространения, а другие — для выживания в неблагоприятных условиях.

2. Паразитические бактерии (возбудителями болезней растений являются только 150—200 видов); Бактерии лучше растут в щелочной среде. Но они лишены способности активно проникать в ткани растений. Только часть бактерий образует споры, тогда как у остальных для распространения служат сами бактериальные клетки. Бактерии не имеют также специальных органов для перезимовки, благодаря чему их сохранение от одного вегетационного сезона до другого значительно затрудняется.

3. Паразитические цветковые растения, живущие за счет других растений, носящих название растений-хозяев.

4. Паразитические животные или растительные нематоды.
Чаще всего — это обитающие в почве круглые черви, называемые фитогельминтами. Они прокалывают растение, проникают в него и питаются его содержимым. Фитогельминты выделяют ферменты, превращающие сложные органические вещества растений в простые, пригодные для усвоения. Некоторые нематоды выделяют биологически активные соединения, способствующие притоку к ним питательных веществ. Вокруг места проникновения таких нематод начинается усиленное деление клеток и образуются утолщения — галлы. Нематоды способны выделять токсические вещества, подавляющие устойчивость к ним со стороны растений. Многие нематоды и растения-паразиты являются переносчиками вирусов, и в этом состоит их большая опасность.

5. Вирусы — инфекционные болезнетворные агенты, находящиеся на грани между веществами и существами. Вирусы составляют вторую по вредоносности после грибов группу патогенов растений. В настоящее время известно около 600 фитопатогенных вирусов. Все они заражают только живые ткани растений.

Все возбудители болезней растений в порядке убывающей вредоносности могут быть расположены в следующий ряд:
ГРИБЫ — ВИРУСЫ – БАКТЕРИИ — ПАРАЗИТИЧЕСКИЕ ЦВЕТКОВЫЕ РАСТЕНИЯ

Для того чтобы стать патогеном, микроорганизм должен приспособиться к своему будущему хозяину, или пройти процесс специализации.

Специализация — это приуроченность патогена к одному или нескольким растениям-хозяевам. Различают узко — и широко специализированные группы возбудителей болезней. Широко специализированные вызывают заболевания различных родов внутри одного семейства растений или даже растений различных семейств. Некоторые возбудители болезней, например возбудитель серой гнили (Botrytis cinerea), заселяют и разрушают без разбора всевозможные ткани и органы различных растений. В силу этого их называют полифагами.

Монофаги, или узкоспециализированные патогены, паразитируют только на растениях одного рода или даже одного вида. Внутри вида у таких паразитов часто возникают особые формы, приспособленные только к определенным сортам, которые не отличаются друг от друга во всем, кроме способности поражать одни сорта и не поражать другие. Такие формы получили название специализированных форм или физиологических рас.

Патогены растений отличаются по характеру своих патогенных свойств. Среди них различают несколько групп:

Факультативные сапрофиты в отличие от факультативных патогенов, которые преимущественно ведут сапрофитный образ жизни лишь иногда паразитируют, наоборот, преимущественно паразитируют и лишь иногда переходят к сапрофитному образу жизни. Круг их хозяев уже значительно уже.

Облигатные патогены (обязательные) - в природе живут только за счет живых растительных тканей. Они принадлежат к числу монофагов, т. е. их растением-хозяином является какой-нибудь один растительный род или близкие роды. Облигатами являются примерно 25% всех патогенов растений. Они встречаются во всех главных группах растительных патогенов, за исключением бактерий. Многие облигатные паразиты чрезвычайно вредоносны (ржавчина и мучнистая роса). Облигаты выбирают своей жертвой сильные, активно функционирующие растения. Как правило, эти патогены обладают орудиями, позволяющими им проникать через неповрежденную поверхность растений. Патогены этой группы в природе представлены многочисленными физиологическими расами.

Эта статья - фрагмент издания Елены Евдокимовой "Защита садовых растений". Полную информацию о нем вы можете получить здесь

В отделе, кроме выше упомянутых ученых, в разные годы работали: д.б.н., проф., Акад. УААН А.Л. Бойко, д.б.н., проф. С.А. Бобровник, а также кандидаты наук В.М. Аннохин, Д.Ф. Баратова, В.Н. Васильев, Л.Ю. Глушак, В.О. Горюшин, Д.П. Грама, О.А. Григорян, Л.Ф. Диденко, Л.К. Жеребчук, Л.И. Жмурко, И.П. Жук, Т.И. Зирка, О.И. Ильченко, А.Г. Кетько, Ф.Ю. Козар, Л.В.Колесник, Л.Л. Кузнецова, О.А. Кушниренко, Л.А. Лаврух, Л.Г. Лапчик, Л.А. Максименко, Мамедова Сивил Ашраф кызы, И.И. Михеева, Н.В. Нестерова, А.Н. Онищенко, Л.А. Павленко, Н.И. Пархоменко, В.Г. Пилипенко, О.Н. Полищук, Н.Б. Порембська, Ю.П. Садовский, А.А. Скофенко, Н.А. Сиверс, А.С. Сидор, С.М. Чаплинская, Ю.М. Шелудько, В.В. Шепелевич, Д.В. Шерепитко и др.

В отделе вирусов растений получали вирусологические знания и стали кандидатами наук граждане Египта (И.А. Фегла), Узбекистана (Мамаджан и Рахим Исамухамедовы), Молдовы (О.Д. Шербан), аспиранты Украинской сельськохозяйственнной академии (П.Е.Бондаренко) и т.д.

С момента организации отдела вирусов растений основными направлениями его работы были:

установление этиологии и дифференциация вирусных болезней основных сельскохозяйственных культур; идентификация вирусов на основе изучения их биологических, серологических, морфолого-структурных, физико-химических и молекулярных свойств;
рекогносцировка и мониторинг вирусных болезней растений с целью изучения фитовирусологической ситуации в агроценозах и биоценозах Украины;
изучение взаимоотношений вирусов с растительными клетками с целью установления закономерностей развития патогенеза вирусных инфекций, естественной и индуцированной вирусоустойчивости растений;
поиск природных и синтетических веществ - ингибиторов вирусов, регуляторов и индукторов резистентности с целью разработки средств оздоровления и защиты растений от вирусных инфекций;
разработка научно-методических подходов к созданию резистентных к вирусам форм растений методами культуры тканей, сомаклонального отбора и регенерации, клеточной и генной инженерии;
изучение механизмов действия антивирусных веществ, индукторов и супрессоров резистентности на уровне интегрированных клеток, изолированных протопластов и бесклеточных экстрактов;
компьютерный анализ структурно-функциональной организации вирусных геномов.

Результаты научных исследований отдела в разные периоды его существования отражены в монографиях 2, фундаментальных работах 5 и рекламных проспектах [7]. Основными достижениями работы отдела в области фундаментальных исследований можно считать:

проведено широкие исследования вирусных болезней и свойств вирусов, поражающих злаковые и зернобобовые культуры, картофель, томаты, огурцы, свеклу, хмель и др. В результате всестороннего анализа полученных данных составлена карта, отражающая фитовирусологическую обстановку в Украине;
осуществлён масштабный поиск веществ - ингибиторов вирусов и индукторов резистентности растений, среди которых обнаружены активные антивирусные препараты и регуляторы защитных механизмов у растений;
выдвинуто и обосновано гитотезы о механизмах экстремальной устойчивости растений и индукторной активности гликополимеров; построено рецептор-индукторную модель инициации сверхчувствительной реакции у растений, основанной на белок-углеводном взаимодействии и регуляции;
заложены основы исследования систем сигнальной трансдукции у растений при вирусной резистентности, показано важную роль в их функционировании гликополимеров-индукторов и лектиноподобных белков;
методом компьютерного анализа выявлены консервативные нуклеотидные и аминокислотные последовательности, причастные к регуляции репродукции, распространения, изменчивости и вредоносности вирусов растений.

Достижения, полученные в разные годы существования отдела, имеют практическое значение:

разработаны технологии получения безвирусного посадочного материала картофеля методами летних посадок с применением стимуляторов роста и выращивания в высокогорных районах Карпат;
выявлены и рекомендованы для использования в селекционной работе экстремально устойчивые к вирусам межвидовые гибриды картофеля и табака; создан новый сорт табака Американ 3, устойчивый к вирусу бронзовости томатов;
методами культуры тканей, сомаклонального отбора и регенерации растений получены устойчивые к ВБТ сомаклоны, протоклоны и андроклоны томатов и табака;
разработано безотходную технологию получения гликановых препаратов на основе заводских технологий выращивания кормовых дрожжей;
в рамках отечественных и международных проектов на основе био-и нанотехнологий, принципов супрамолекулярной самоорганизации биополимеров созданы экологически безопасные комплексные препараты широкого спектра биологической активности и новые наноматериалы для наноэлектроники и медицины.

Кадровый состав отдела возобновлялся в основном благодаря подготовке специалистов высокой квалификации через аспирантуру, которая функционирует при Институте. За время существования отдела было подготовлено 6 докторов и более 40 кандидатов биологических наук. Ежегодно проходят практику и выполняют дипломные работы бакалавра и магистра студенты университетов Киева, Харькова, Днепропетровска, Донецка, Житомира и других городов Украины. За последние годы в отделе защищено и подготовлено к защите 3 кандидатские диссертации. В настоящее время в отделе работает 2 доктора, 4 кандидата наук и 5 сотрудников из вспомогательного персонала.

Слайды и текст этой презентации

ВИРУСНЫЕ БОЛЕЗНИ РАСТЕНИЙ

Вирусы – неклеточные прокариотные организмы, которые имеют следующие биологические особенности, определяющие их существование в качестве облигатных паразитов:

- наличие только одного типа нуклеиновых кислот (РНК или ДНК);

- отсутствие собственной биосинтезирующей системы (рибосом);

- отсутствие ферментов энергетического обмена.

Молекулярные структуры белков вирусов объединяются друг с другом в кристаллические структуры – капсиды.

Формы и размеры вирусных частиц различны: вирус некроза табака имеет сферические частицы диаметром около 30 ммк, вирус табачной мозаики имеет форму палочек размером 15×280 ммк, иногда частицы вирусов имеют форму нитей и т. д.

По тканевой специализации фитопатогенные вирусы делят на:

СИМПТОМЫ вирусных болезней растений

Основной симптом мозаик - мозаичная (неравномерная) окраска пораженных органов (главным образом - листьев и плодов), обусловленная нарушениями в пластидном аппарате клеток ассимиляционной паренхимы листьев.

Мозаики передаются с соком больных растений во время пикировки рассады, при пасынковании, при соприкосновении больных и здоровых растений и лёгком взаимном травмировании их, иногда через семена, а также - сосущими насекомыми (главным образом - тлями). Перенос вируса происходит механически

Вирус пестрения, или пестролепестности.
Поражает исключительно растения семейства лилейных. У больных растений нарушается процесс образования пигмента — антоциана

Вирусная кольцевая пятнистость на листьях вяза

пожелтение, увядание листьев больные растения вырастают карликовыми, хлоротичными, с многочисленными боковыми побегами, прижатыми к главному стеблю (курчавость);

- цветки - с удлинёнными чашелистиками, позеленевшими, деформированными венчиками и завязью, прорастающей в листочки.

Желтухи распространяются преимущественно насекомыми-переносчиками, главным образом, цикадами.

Ж Е Л Т У Х И: симптомы на листьях

Ж Е Л Т У Х И: симптомы на цветках и соцветиях

Махровость чёрной смородины:
а — здоровое соцветие и цветок,
б — соцветие и цветок, поражённые махровостью

ФИТОПАТОГЕННЫЕ ВИРУСЫ: р а с п р о с т р а н е н и е

от родительского поколения растения к потомству

от зараженных растений к здоровым:

А. В Е Р Т И К А Л Ь Н О Е

Б. Г О Р И З О Н Т А Л Ь Н О Е

ФИТОПАТОГЕННЫЕ ВИРУСЫ: способы горизонтального распространения

1) передача при механическом контакте здорового растения с больным – контактная передача, или контактно-механическая передача (свойственно вирусам мозаики)

2) передача с помощью переносчиков - векторная передача (все вирусы)

3) передача прививкой (все вирусы)